[发明专利]一种TiSiTaN涂层刀具及其制备方法

摘要

本发明属于机械切削刀具制造技术领域，特别涉及一种TiSiTaN涂层刀具及其制备方法。该刀具基体材料为硬质合金或高速钢，采用多弧离子镀+中频磁控溅射的方法制备，其结构为多层结构，刀具表面为TiSiTaN涂层，TiSiTaN层与基体之间有TiSiN、TiN和Ti过渡层。该刀具表面的TiSiTaN涂层有着非常高的硬度和强度，Ta元素可以改善涂层的韧性，同时可以显著提高涂层的抗氧化性能和热稳定性能。切削过程中TiSiTaN涂层能够有效地提高刀具抗氧化和抗磨损能力，从而提高刀具寿命。该涂层刀具可广泛应用于干切削和难加工材料的切削加工。

主权项

1.一种TiSiTaN涂层刀具的制备方法，刀具基体材料为高速钢或硬质合金，其特征在于采用多弧离子镀+中频磁控溅射共沉积的方法在刀具表面制备Ti+TiN+TiSiN过渡层和TiSiTaN涂层，其具体制备步骤为：1)前处理：将刀具基体材料研磨抛光至镜面，依次放入酒精和丙酮中超声清洗，去除表面油渍污染物，采用真空干燥箱充分干燥后迅速放入镀膜机真空室，加热，保温；2)离子清洗：通入Ar₂，其压力为0.6‑1.5Pa，开启偏压电源，电压800‑900V，占空比0.2，辉光放电清洗20‑30min；偏压降低至300‑500V，开启离子源离子清洗20‑30min，开启电弧源Ti靶，偏压500‑600V，靶电流40‑60A，离子轰击Ti靶1‑2min；3)沉积Ti：调整Ar₂气压至0.4‑0.6Pa，偏压降低至100‑200V，电弧镀Ti 2‑5min；4)沉积TiN：调整工作气压为0.5‑0.6Pa，偏压80‑150V，Ti靶电流80‑100A；开启N₂，调整N₂流量为150‑200sccm，沉积温度为200‑260℃，沉积2‑10min；5)沉积TiSiN：开启中频Si靶电弧电源，电流调至10‑20A，电弧镀+中频磁控溅射沉积TiSiN 5‑10min；6)沉积TiSiTaN涂层：开启Ta靶电弧电源，电流调制10‑20A，本底真空为7.0×10^‑3Pa，加热至200‑240℃，电弧镀+中频磁控溅射沉积TiSiTaN涂层50‑60min；保温时间30‑40min；7)后处理：关闭Si靶、Ti靶和Ta靶，关闭偏压电源、离子源及气体源，保温，涂层结束。