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Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具及其制备方法技术

技术编号:17538365 阅读:90 留言:0更新日期:2018-03-24 12:26
本发明专利技术公开了一种Mo‑Se‑Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具及其制备方法,该涂层刀具包括刀具基体材料,基体材料为高速钢或硬质合金,由刀具基体到表面涂层依次为Ti+TiN过渡层、TiAlTaN硬涂层、Zr过渡层和Mo‑Se‑Ta软涂层。该涂层刀具的制备方法采用多弧离子镀+中频磁控溅射方式,包括沉积Ti+TiN过渡层、沉积TiAlTaN硬涂层、沉积Zr过渡层和沉积Mo‑Se‑Ta软涂层的步骤。本发明专利技术的涂层刀具既具有较高的硬度,又具有良好的润滑性能和低的摩擦系数,同时具有良好的热稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性和抗磨损能力;具有广阔的应用前景;制备方法简单、易操作。

Mo Se Ta+TiAlTaN soft and hard composite coating tool and preparation method thereof

The invention discloses a Mo Se Ta+TiAlTaN soft and hard composite coating tool and its preparation method, the coating tool comprises a tool base material, base material for high-speed steel or hard alloy tool by the substrate to the surface coating layer, followed by Ti+TiN TiAlTaN Zr hard coating layer, transition layer and Mo Se Ta soft coating. Preparation method of the coating tool by multi arc ion plating + MF magnetron sputtering method, including deposition of Ti+TiN layer, deposition of TiAlTaN hard coating, deposition of Zr transition layer and deposition of Mo Se Ta soft coating steps. The invention of the coating tool not only has high hardness, but also has good lubricating property and low friction coefficient, and has good thermal stability, oxidation resistance, corrosion resistance and wear resistance; and has broad application prospects; the preparation method is simple and easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具及其制备方法
本专利技术属于机械切削刀具制造领域,尤其涉及Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具及其制备方法。
技术介绍
TiN涂层作为一种硬质涂层,已广泛应用于切削刀具、刃具及各种模具表面作为耐磨和耐腐蚀层。然而,作为刀具涂层,切削过程中,TiN涂层表现出了抗氧化温度低,热硬度低等缺点。为提高TiN涂层硬度和热稳定性等,进一步研制出TiSiN、TiCrN及TiAlN等多种硬涂层。然而,作为刀具涂层,切削过程中,硬涂层刀具与工件摩擦系数较高,切削力大,导致切削温度较高,刀具寿命下降,加工工件表面质量受影响。为降低摩擦系数,减小刀具磨损,开发研制出一系列软涂层刀具,但软涂层硬度较低,易于磨损。软硬复合涂层刀具既硬涂层的高硬度,又具有软涂层的自润滑功效,使涂层刀具寿命得到了较大改善。Ta元素作为一种过渡金属元素,具有良好的耐腐蚀性和抗氧化能力([1]PfeilerM.,etal.JournalofVacuumScience&TechnologyA:Vacuum,Surfaces,andFilms,2009,27(3):554-560.[2]RachbauerR.,etal.SurfaceandCoatingsTechnology,2012,211:98-103.)。因此,Ta元素的添加不仅能够提高软、硬涂层的热稳定性、抗氧化能力和耐腐蚀能力,同时能够提高软涂层的硬度。文献(KhetanV.,etal.ACSAppliedMaterials&Interfaces,2014,6(17):15403-15411.)报道了一种AlTiTaN硬涂层,该涂层与AlTiN涂层相比表现出较好的抗氧化和热稳定性能,非常适合干加工应用场合。中国专利“申请号:201410263737.2”报道了TiSiN-WS2/Zr-WS2软硬复合涂层刀具,该刀具能够降低摩擦系数,减小刀具磨损。中国专利CN200910256536.9报道了一种MoS2/ZrN软硬复合涂层刀具,该刀具既具有较低的摩擦系数,又具有较高的硬度,使涂层刀具的性能有了很大提高。中国专利CN201610819057.3报道了一种W-Se-Zr/ZrSiN软硬复合涂层刀具,该刀具既具有润滑性能,又具有较高硬度和耐磨性能。以上报道的几种软硬复合涂层刀具热稳定性、抗氧化及耐腐蚀性能等有待于进一步提高。目前国内外未见Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具的报道。
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术提供了一种Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具及其制备方法,该涂层刀具提高了现有技术中软硬复合涂层刀具热稳定性、抗氧化及耐腐蚀性能;该制备方法简单、易操作,条件温和、易实现。技术方案:本专利技术的Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具,包括刀具基体材料,基体材料为高速钢或硬质合金,由刀具基体到表面涂层依次为Ti过渡层、TiN过渡层、TiAlTaN硬涂层、Zr过渡层和Mo-Se-Ta软涂层。上述Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具的制备方法,采用多弧离子镀+中频磁控溅射方式,包括以下步骤:(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各20-30min,去除表面油渍等污染物,采用真空干燥箱充分干燥后迅速放入镀膜机真空室,真空室本底真空为7.0×10-3Pa,加热至200-250℃,保温30-40min。(2)离子清洗:通入工作气体Ar2,其压力为0.5-1.5Pa,开启偏压电源,电压700-900V,占空比0.2,辉光放电清洗20-30min;偏压降低至300-600V,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40-70A,离子轰击Ti靶1-2min。(3)沉积Ti过渡层:调整Ar2气压至0.4-0.6Pa,偏压降低至100-300V,电弧镀沉积2-5min。(4)沉积TiN过渡层:调整工作气压为0.5-0.6Pa,偏压80-150V,Ti靶电流90-110A;开启N2,调整N2流量为150-300sccm,沉积温度为220-260℃,沉积2-10min。(5)沉积TiAlTaN硬涂层:开启中频Al靶电弧电源,电流调至60-90A,开启Ta靶电源,电流调制40-60A,电弧镀+中频磁控溅射沉积40-60min。(6)沉积Zr过渡层:关闭Ti靶、Al靶、Ta靶、N2源,调整Ar2气压至0.4-0.6Pa,开启Zr靶,电流调至40-70A,电弧镀沉积3-5min。(7)沉积Mo-Se-Ta软涂层:关闭Zr靶,偏压调至100-200V,开启MoSe2靶和Ta靶,MoSe2靶电流调至2-4A,Ta靶调至20-40A,沉积80-120min。(8)后处理:关闭MoSe2靶和Ta靶,关闭偏压电源及气体源,保温30-60min,涂层结束,得到所述Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具。有益效果:1、本专利技术的涂层刀具综合了硬涂层和软涂层的优点,既具有较高的硬度,又具有良好的润滑性能和低的摩擦系数,同时具有良好的热稳定性、抗氧化性、耐腐蚀性和抗磨损能力;2、可广泛应用于干切削及难加工材料等切削温度较高的切削加工,具有广阔的应用前景;3、制备方法简单、易操作;4、条件温和、易实现;5、刀具使用寿命长。附图说明图1是本专利技术的结构示意图。具体实施方式参见图1,本专利技术一实施例所述的Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具,包括刀具基体材料1,所述基体材料1为高速钢或硬质合金,所述基体材料1表面从内到外依次涂有Ti过渡层2、TiN过渡层3、TiAlTaN硬涂层4、Zr过渡层5和Mo-Se-Ta软涂层6。实施例1上述Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具及其制备方法包括以下步骤:(1)前处理:将刀具基体材料高速钢研磨抛光至镜面,依次放入酒精和丙酮中超声清洗各20min,去除表面油渍等污染物,采用真空干燥箱充分干燥后迅速放入镀膜机真空室,真空室本底真空为7.0×10-3Pa,加热至220℃,保温30min;(2)离子清洗:通入工作气体Ar2,其压力为0.8Pa,开启偏压电源,电压750V,占空比0.2,辉光放电清洗20min;偏压降低至400V,开启离子源离子清洗20min,开启电弧源Ti靶,偏压500V,靶电流50A,离子轰击Ti靶2min;(3)沉积Ti过渡层:调整Ar2气压至0.5Pa,偏压降低至150V,电弧镀沉积2min;(4)沉积TiN过渡层:调整工作气压为0.5Pa,偏压100V,Ti靶电流90A;开启N2,调整N2流量为180sccm,沉积温度为230℃,沉积5min;(5)沉积TiAlTaN应涂层:开启中频Al靶电弧电源,电流调至70A,开启Ta靶电源,电流调制40A,电弧镀+中频磁控溅射沉积50min;(6)沉积Zr过渡层:关闭Ti靶、Al靶、Ta靶、N2源,调整Ar2气压至0.5Pa,开启Zr靶,电流调至50A,电弧镀沉积3min;(7)沉积Mo-Se-Ta软涂层:关闭Zr靶,偏压调至150V,开启MoSe2靶和Ta靶,MoSe2靶电流调至2A,Ta靶调至25A,沉积90min;(8)后本文档来自技高网
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Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具及其制备方法

【技术保护点】
一种Mo‑Se‑Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具,其特征在于:包括刀具基体材料(1),所述基体材料为高速钢或硬质合金,由刀具基体到表面涂层依次为Ti过渡层(2)、TiN过渡层(3)、TiAlTaN硬涂层(4)、Zr过渡层(5)和Mo‑Se‑Ta软涂层(6)。

【技术特征摘要】
1.一种Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具,其特征在于:包括刀具基体材料(1),所述基体材料为高速钢或硬质合金,由刀具基体到表面涂层依次为Ti过渡层(2)、TiN过渡层(3)、TiAlTaN硬涂层(4)、Zr过渡层(5)和Mo-Se-Ta软涂层(6)。2.如权利要求1所述的Mo-Se-Ta+TiAlTaN软硬复合涂层刀具的制备方法,其特征在于,采用多弧离子镀+中频磁控溅射方式,包括以下步骤:(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各20-30min,去除表面油渍等污染物,采用真空干燥箱充分干燥后迅速放入镀膜机真空室,真空室本底真空为7.0×10-3Pa,加热至200-250℃,保温30-40min;(2)离子清洗:通入工作气体Ar2,其压力为0.5-1.5Pa,开启偏压电源,电压700-900V,占空比0.2,辉光放电清洗20-30min;偏压降低至300-600V,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40-70A,离子轰击Ti靶1-2min;...

【专利技术属性】
技术研发人员:邢佑强高俊涛吴泽李晓孙东科刘晓军
申请(专利权)人:东南大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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