氧化铝系复合涂层、具有该复合涂层的梯度超细硬质合金刀具及其制备方法技术

一种氧化铝系复合涂层、具有氧化铝系复合涂层的梯度超细硬质合金刀具及其制备方法。合金刀具由刀具基体和氧化铝系复合涂层构成。刀具基体设置有正常组织层、富钴过渡层和贫钴富立方相层。氧化铝系复合涂层包括作为过渡层的TiAlN层、作为支撑层的TiAlN/Al2O3层和作为耐磨层的α-Al2O3层。本发明专利技术具有该氧化铝系复合涂层的梯度超细硬质合金刀具，其刀具基体与氧化铝系复合涂层结合性好，整体刀具具有良好的耐磨耐温性能。氧化铝系复合涂层，其与刀具基体结合性良好，复合涂层的涂层之间附着力良好，其耐高温性、耐腐蚀性、耐磨性良好。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及硬质合金刀具
，特别是涉及一种。
技术介绍
涂层硬质合金刀具的出现是刀具发展史上的一个重要里程碑。它是在强度和韧性较好的硬质合金基体上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物而形成。涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了月牙洼磨损。涂层具有很高的硬度和耐热性，并降低了刀具与工件间的摩擦系数，因此涂层刀具比未涂层刀具可显著地提高使用寿命，通常涂层刀具的寿命可比未涂层刀具高2-5 倍。目前，己在硬质合金刀具表面成功制备多种涂层，从二元涂层到复杂的多层、多元涂层。其中，应用最广泛的为过渡金属氮化物涂层，如TiN和TiAIN等。TiN涂层硬度高，耐磨性好，能对刀具起到很好的保护作用。但是，TiN涂层在600°C以上温度发生氧化，使其应用受到限制。TiAIN涂层在高温下能形成致密的A1203膜并与刀具基体具有良好的结合力，其抗氧化温度可达到800°C，但是仍不能满足超过1000°C的高速切削条件。A1203具有高耐磨损性和红硬性，在1000°C仍能保持良好的化学稳定性。在切削刀具表面涂覆A1203涂层，能够在高速干切削条件下起到对刀具的保护作用，从而有效提高切削刀具的加工效率和刀具使用寿命。到目前为止，由于A1203涂层的绝缘性和较高的沉积温度，最主要的制备方式是CVD技术。然而，由于基体和涂层材料的热膨胀系数不匹配产生热应力而在涂层中产生热裂纹。在切削加工过程中，这些热裂纹可能导致刀具涂层破损或崩刃。因此，针对现有技术不足，提供一种适用于硬质合金刀具表面性能增强的以克服现有技术不足甚为必要。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种具有氧化铝系复合涂层的梯度超细硬质合金刀具及其制备方法，氧化铝系复合涂层与刀具基体结合性良好，刀具具有良好的耐磨耐温性會泛。本专利技术的另一目的在于避免现有技术的不足之处而提供一种氧化铝系复合涂层及其制备方法，氧化铝系复合涂层与刀具基体结合性良好，其耐高温性、耐腐蚀性、耐磨性良好。本专利技术的上述目的通过如下技术手段实现。 提供一种具有氧化铝系复合涂层的梯度超细硬质合金刀具，由刀具基体和设置于刀具基体上的氧化铝系复合涂层构成； 所述刀具基体包括正常组织层、富钴过渡层和贫钴富立方相层，所述正常组织层、富钴过渡层和贫钴富立方相层按照从内而外的顺序依次排列； 所述氧化铝系复合涂层包括用于沉积于贫钴富立方相层表面作为过渡层的TiAIN层、沉积于过渡层上作为支撑层的TiAlN/Al203层和沉积于支撑层上作为耐磨层的α-Α1203层，所述TiAlN/Al203层由TiAIN层和Α1203层交替构成。上述刀具基体中钴的含量为5_15wt.%;所述正常组织层为超细硬质合金，WC晶粒尺寸为 l-10000nm; 所述正常组织层的厚度大于2mm，所述富钴过渡层的厚度为20-100微米;所述贫钴富立方相层的厚度为20-50微米； 所述氧化铝系复合涂层的厚度为1-20微米，所述过渡层厚度为0.1-2微米;所述支撑层的厚度为5-10微米;所述耐磨层的厚度为5-10微米； 所述支撑层中，每层TiAIN层的厚度为5-20纳米，每层A1203层的厚度为5-10纳米。进一步的，上述刀具基体中钴的含量为8_12wt.%;所述正常组织层的WC晶粒尺寸为lnm-400nm;所述氧化招系复合涂层的厚度为2-10微米。上述的具有氧化铝系复合涂层的梯度超细硬质合金刀具，作为过渡层的TiAIN层和支撑层中的TiAIN层均是在N2SAr与他的混合气氛中反应溅射Al_Ti合金靶材制备得到，沉积过程中气体压力为0.1-2Pa，基体温度为300-700°C，并且是采用带有正负极交替变化的非对称双向脉冲电源提高偏压，其中负极变化比例为2-20% ; 支撑层中的A1203层是采用双向脉冲DMS技术反应溅射A1靶制备而成，具体是将对称双向脉冲电源施加于阴极靶两端，阴极靶的材料为纯A1靶，通过A1靶与气氛中的02反应生成A1203涂层，基体温度为300-700°C或1000-1015°C，气体压强为0.l_2Pa;施加于阴极靶的带有正负偏压的双向脉冲电源，其正负偏压范围分别为20-50V和20-300V; 作为耐磨层的α-Α1203层是采用双向脉冲DMS技术反应溅射A1靶制备而成，具体是将对称双向脉冲电源施加于阴极靶两端，阴极靶的材料为纯Α1靶，通过Α1靶与气氛中的02反应生成Α1203涂层，基体温度为1000-1015°C，气体压强为0.1-2Pa;施加于阴极靶的带有正负偏压的双向脉冲电源，其正负偏压范围分别为20-50V和20-300V。 提供一种具有氧化铝系复合涂层的梯度超细硬质合金刀具的制备方法，包括刀具基体的制备和在刀具基体表面制备氧化招系复合涂层； 制备氧化铝系复合涂层包括依次在刀具基体表面制备作为过渡层的TiAIN层、在过渡层上沉积作为支撑层的TiAlN/Al203层和在支撑层上沉积作为耐磨层的α- Α1203层； 作为过渡层的TiAIN层和支撑层中的TiAIN层均是在N2SAr与N2的混合气氛中反应溅射Al-Ti合金靶材制备得到，沉积过程中气体压力为0.1-2Pa，基体温度为300_700°C，并且是采用带有正负极交替变化的非对称双向脉冲电源提高偏压，其中负极变化比例为2-20% ； 支撑层中的A1203层是采用双向脉冲DMS技术反应溅射A1靶制备而成，具体是将对称双向脉冲电源施加于阴极靶两端，阴极靶的材料为纯A1靶，通过A1靶与气氛中的02反应生成A1203涂层，基体温度为300-700°C或1000-1015°c，气体压强为0.l_2Pa;施加于阴极靶的带有正负偏压的双向脉冲电源，其正负偏压范围分别为20-50V和20-300V; 作为耐磨层的α-Α1203层是采用双向脉冲DMS技术反应溅射A1靶制备而成，具体是将对称双向脉冲电源施加于阴极靶两端，阴极靶的材料为纯Α1靶，通过Α1靶与气氛中的02反应生成Α1203涂层，基体温度为1000-1015°C，气体压强为0.1-2Pa;施加于阴极靶的带有正负偏压的双向脉冲电源，其正负偏压范围分别为20-50V和20-300V。 提供一种用于梯度超细硬质合金刀具的氧化铝系复合涂层，包括用于沉积于刀具基体表面作为过渡层的TiAIN层、沉积于过渡层上作为支撑层的TiAlN/Al203层和沉积于支撑层上作为耐磨层的α-Α1203层，所述TiAlN/Al203层由TiAIN层和A1203层交替构成。上述氧化铝系复合涂层的厚度为1-20微米，所述过渡层厚度为0.1-2微米;所述支撑层的厚度为5-10微米;所述耐磨层的厚度为5-10微米； 所述支撑层中，每层TiAIN层的厚度为5-20纳米，每层A1203层的厚度为5-10纳米。进一步的，上述氧化铝系复合涂层的厚度为2-10微米。 提供一种氧化铝系复合涂层的制备方法，包括依次在刀具基体表面制备作为过渡层的TiAIN层、在过渡层上沉积作为支撑层的TiAlN/Al203层和在支撑层上沉积作当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有氧化铝系复合涂层的梯度超细硬质合金刀具，其特征在于：由刀具基体和设置于刀具基体上的氧化铝系复合涂层构成；所述刀具基体包括正常组织层、富钴过渡层和贫钴富立方相层，所述正常组织层、富钴过渡层和贫钴富立方相层按照从内而外的顺序依次排列；所述氧化铝系复合涂层包括用于沉积于贫钴富立方相层表面作为过渡层的TiAlN层、沉积于过渡层上作为支撑层的TiAlN/Al2O3层和沉积于支撑层上作为耐磨层的α‑Al2O3层，所述TiAlN/Al2O3层由TiAlN层和Al2O3层交替构成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：伍尚华，陈健，邓欣，刘伟，陈少华，刘汝德，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44