一种提高圆锯片切削速度的多层复合涂层制造技术

本发明专利技术属于刀具技术领域，具体公开了一种提高圆锯片切削速度的多层复合涂层以及制备方法，由里向外依次包括底层、缓冲层、加强层、耐磨层，其中底层为Ti金属层，缓冲层为TiN层，加强层为多个TiAlN单层与TiCoN单层交替设置形成的复合层，耐磨层为TiAlCoN层，缓冲层由里向外依次包括第一TiN层、第二TiN层，其中第一TiN层贴靠Ti金属层，第二TiN层贴靠加强层，耐磨层中Ti、Al、Co三者的原子比例为Ti:Al:Co=60:30:10。本发明专利技术的多层复合涂层的硬度高，摩擦系数低，耐磨性能好，耐高温性能好，能满足圆锯片较大的切削速度，多层复合涂层内部的应力小、强度高、与圆锯片基体之间的粘结强度高。

【技术实现步骤摘要】
一种提高圆锯片切削速度的多层复合涂层
本专利技术属于刀具
，具体涉及一种提高圆锯片切削速度的多层复合涂层。
技术介绍
圆锯片是用于石材、木材、金属、塑料等材料坯料加工的切割刀具，圆锯片的耐磨性能、硬度以及耐高温、耐腐蚀性能对切削部件的表面光洁度、精度及加工效率具有重要的影响。高速钢圆锯片一种含多量碳、钨、钼、钒等元素的锯片，在热处理后具有较高的热硬性、耐磨性能和耐高温能力，当切削温度达600℃，切削速度达60m/min以上时硬度仍无明显下降。但随着汽摩制造、重工机械及精密仪表等制造业对金属材料的强度、韧性等的要求越来越高，切削加工的难度也越来越大，对切割刀具的耐磨、硬度、耐温性能提出了更高的要求。现有技术中为提高刀具的硬度、耐磨性能，以保证适宜的切削速度和工件表面的切削光洁度、加工精度，会在刀具表面设置硬质涂层例如TiN层、AlTiN层、Al2O3层等，具有较高的硬度和耐磨性能。目前这种硬质涂层向复合涂层、纳米复合涂层方向发展。中国专利CN200910193492X，专利名称TiN/（TiN+CrN）/Ti（CN）纳米复合涂层及其制备方法，公开了由过渡层TiN膜、（TiN+CrN）纳米复合涂层和CrAlN纳米复合涂层组成的的复合多层涂层，具有高硬度和高温性能。但是该复合多层涂层的摩擦系数高、耐磨性能一般，而且高温性能不能满足更为苛刻的高温要求。
技术实现思路
针对现有的切削刀具上的涂层无法满足切削加工技术对切割刀具的耐磨、耐高温性能的要求越来越高的问题，本专利技术的目的在于提供一种提高圆锯片切削速度的多层复合涂层，与现有的硬质涂层相比，该多层复合涂层的摩擦系数低，耐磨性好，允许圆锯片具有较大的切削速度，而且硬度好、耐高温，多层复合层与圆锯片的粘结强度大，多层复合涂层内部的应力小，多层复合涂层的强度大。同时本专利技术的目的还在于提供制备该多层复合涂层的方法。本专利技术提供如下的技术方案：一种提高圆锯片切削速度的多层复合涂层，所述多层复合涂层由里向外依次包括底层、缓冲层、加强层、耐磨层，其中底层为Ti金属层，缓冲层为TiN层，加强层为若干TiAlN单层与TiCoN单层交替设置形成的复合层，耐磨层为TiAlCoN层。本专利技术的多层复合涂层中，底层为Ti金属层，缓冲层为TiN层，加强层为TiAlN单层与TiCoN单层的复合层，耐温层为TiAlCoN层，加强层中TiAlN单层与TiCoN单层交替设置。Ti金属层减小了多层复合涂层与圆锯片基体之间的内应力，提高了多层复合涂层的韧性和强度，缓冲层、加强层使多层复合涂层内部的应力顺利的由内向外过渡并衰减，并且加强了多层复合涂层内部的粘结强度。加强层中TiAlN单层与TiCoN单层交替设置，一方面使缓冲层与耐温层之间的应力波浪式传递，削弱外界压力对多层复合涂层的影响，另一方面相邻的TiAlN单层与TiCoN单层分别形成两个三元相，具有不同的弹性性能，很好的分散了多层复合涂层内部的压力。耐温层TiAlCoN中可以看成是Al加入到TiCoN或Co加入到TiAlN，从而扩展TiCoN或TiAlN的调幅分解的成分区间，促进调幅分解的发生。同时在高温条件下，四元相TiAlCoN发生调幅分解析出三元相TiCoN或TiAlN，三元相TiCoN或TiAlN发生调幅分解析出二元立方相TiN以及AlN、CoN，分解过程中引发的时效硬化效应使得多层复合涂层的力学性能大大的提高，而Ti金属层、TiN层、TiCoN/TiAlN、TiAlCoN层的依次设置使后一层分解产生的残余应力的影响大大的削弱，从而使多层复合涂层具有较好的耐高温、耐性能以及较低的摩擦系数，提高圆锯片的切削速度。作为本专利技术的一种改进，所述缓冲层由里向外依次包括第一TiN层、第二TiN层，其中第一TiN层贴靠Ti金属层，第二TiN层贴靠加强层，第二TiN层、TiAlN单层以及TiCoN单层中Ti的质量分数相同且小于第一TiN层中Ti的质量分数，第一TiN层比第二TiN层厚100～200nm。保证多层复合涂层内部的应力平稳传递并逐渐削弱，强化多层复合涂层的强度。作为本专利技术的一种改进，所述耐磨层中Ti、Al、Co三者的原子比例为Ti:Al:Co=60:30:10。较高的Al浓度有助于切削加工时涂层表面生成极薄的非晶态Al2O3，形成硬质惰性保护膜，提高多层复合涂层适应高速切削加工的能力。Co添加到TiAlN中促进调幅分解区间的扩展，提高耐温层的耐高温性能与耐磨性。作为本专利技术的一种改进，所述多层复合涂层的厚度为4～6µm，其中底层的厚度为80～180nm，加强层的厚度为1.5～2.4µm，耐磨层的厚度为1.42～2.42µm，余下为缓冲层的厚度，加强层中TiAlN单层与TiCoN单层的厚度相同，且相邻TiAlN单层与TiCoN单层的总厚度为100～150nm。多层复合涂层在较薄的厚度条件下形成较强的耐磨、耐高温性能，并在多层复合涂层内形成10～24个相邻TiAlN单层与TiCoN单层组成的加强单元。一种提高圆锯片切削速度的多层复合涂层的制备方法，包括以下步骤：（1）清洗除油：将圆锯片基体置于质量浓度为5%～10%的非离子表面活性剂溶液中浸泡清洗后再置于丙酮中超声清洗，通风干燥后置于280～360℃煅烧1～3小时自然冷却至室温；（2）底层制备：将冷却后的圆锯片基体置于真空炉中，先抽真空至3×10-1Pa～5×10-1Pa，然后抽真空至1.2×10-2Pa，加热炉体至500℃，向炉体内通入氩气使压力升至2Pa，开启Ti靶，电流2～3A，偏压-75～-95V，在圆锯片基体表面沉积Ti金属层8～14分钟；（3）缓冲层制备：向真空炉中通入氮气使压力升至3.2Pa，在Ti靶电流为电流2～3A、偏压为-75～-95V下在Ti金属层表面沉积第一TiN层5～7分钟，然后通入氮气使压力升至4Pa，在第一TiN层上沉积第二TiN层，沉积时间3.2～4.6分钟，从而制备成缓冲层；（4）加强层制备：分别开启TiAl合金靶、TiCo合金靶，通电电流为4～6A，偏压-90～-120V，圆锯片基体转向TiAl合金靶时沉积TiAlN单层，圆锯片基体转向TiCo合金靶时沉积TiCoN单层，从而使TiAlN单层与TiCoN单层交替沉积形成加强层，沉积时间为14～18分钟；（5）耐磨层制备：开启TiAlCo合金靶，通电电流为7～9A，偏压-124～-136V，在圆锯片基体上沉积TiAlCoN层，沉积时间为14～16分钟；（6）将步骤（5）处理后的圆锯片置于上述非离子表面活性剂溶液中浸泡清洗并通风干燥。作为本专利技术方法的一种改进，所述圆锯片基体的材质为高速钢。作为本专利技术方法的一种改进，离子型表面活性剂为聚氧乙烯酰胺、壬基酚聚氧乙烯醚或失水山梨醇中的一种。作为本专利技术方法的一种改进，耐温层中晶粒尺寸为2～4nm。经上述方法制备的多层复合涂层的粘结能力强，耐高温、耐腐蚀、耐磨差性能好，可以满足高速切削、高温使用的要求。在圆锯片基体的清洗过程中使用非离子型表面活性剂浸泡清洗，并煅烧去油，避免圆锯片基体在前处理过程中受到的损害。最终形成的耐温层中的晶粒尺寸为2～4nm，耐温层的纳米尺寸进一步强化了多层复合涂层的耐磨性、耐热耐氧化性能，摩擦系数小，硬度高。本专利技术的有益效果如下：本专利技术的提高圆锯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高圆锯片切削速度的多层复合涂层，其特征在于，所述多层复合涂层由里向外依次包括底层、缓冲层、加强层、耐磨层，其中底层为Ti金属层，缓冲层为TiN层，加强层为若干TiAlN单层与TiCoN单层交替设置形成的复合层，耐磨层为TiAlCoN层。

【技术特征摘要】
1.一种提高圆锯片切削速度的多层复合涂层，其特征在于，所述多层复合涂层由里向外依次包括底层、缓冲层、加强层、耐磨层，其中底层为Ti金属层，缓冲层为TiN层，加强层为若干TiAlN单层与TiCoN单层交替设置形成的复合层，耐磨层为TiAlCoN层。2.根据权利要求1所述的提高圆锯片切削速度的多层复合涂层，其特征在于，所述缓冲层由里向外依次包括第一TiN层、第二TiN层，其中第一TiN层贴靠Ti金属层，第二TiN层贴靠加强层，第二TiN层、TiAlN单层以及TiCoN单层中Ti的质量分数相同且小于第一TiN层中Ti的质量分数，第一TiN层比第二TiN层厚100～200nm。3.根据权利要求1所述的提高圆锯片切削速度的多层复合涂层，其特征在于，所述耐磨层中Ti、Al、Co三者的原子比例为Ti:Al:Co=60:30:10。4.根据权利要求1所述的提高圆锯片切削速度的多层复合涂层，其特征在于，所述多层复合涂层的厚度为4～6µm，其中底层的厚度为80～180nm，加强层的厚度为1.5～2.4µm，耐磨层的厚度为1.42～2.42µm，余下为缓冲层的厚度，加强层中TiAlN单层与TiCoN单层的厚度相同，且相邻TiAlN单层与TiCoN单层的总厚度为100～150nm。5.如权利要求1至4任一所述的一种提高圆锯片切削速度的多层复合涂层的制备方法，包括以下步骤：（1）清洗除油：将圆锯片基体置于质量浓度为5%～10%的非离子表面活性剂溶液中浸泡清洗后再置于丙酮中超声清洗，通风干燥后置于280～360℃煅烧1～3小时自然冷却至室温；（2）底层制备：将冷却后的圆锯片基体置于真空炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢敏，卢胜，
申请(专利权)人：缙云县先锋工具有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33