本发明专利技术公开了一种ＴｉＡｌＣＮ非金属元素线性变化梯度涂层的制作方法，是采用ＰＶＤ方法进行涂层处理，该涂层处理过程被分成连续的四个时间段，是在第二个时间段内，同时向炉腔内通入氩气Ａｒ、氮气Ｎ２、乙炔气体Ｃ２Ｈ２，其中氩气Ａｒ流量保持不变，氮气Ｎ２的流量匀速下降或上升，乙炔气体Ｃ２Ｈ２的流量则匀速上升或下降；从而形成一个非金属元素线性变化的ＴｉＡｌＣＮ梯度层，使制备出的涂层具有表面光洁度高，抗脱膜能力强，抗粘刀性能好的优点，而更适合于精加工，特别是在水溶液冷却下中、低速加工粘性大的材料可发挥出优秀的性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及切削工具的涂层，特别是涉及一种TiAlCN非金属元素线性变化 梯度涂层的制作方法。
技术介绍
切削工具涂层处理是提高切削工具性能的重要途径之一，涂层切削工具具有 表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、磨擦因数小和热传导率低 等特性，切削时可比未涂层切削工具提高寿命3—5倍以上，提高切削速度 20%" 70%，提髙加工精度0.5"1级，降低切削工具消耗费用20%"50%。切削工具的表面涂层技术作为市场需求而发展起来的一项优质表面改性技术，由于该项 技术可使切削工具获得优良的综合机械性能，不仅可有效地提高切削工具使用寿 命，而且还能大幅度地提高机械加工效率，因此该项技术已与材料、加工工艺并 称为切削工具制造的三大关键技术。现有技术的切削工具涂层制备方法有许多种，比如PVD方法就是其中的一种， PVD是英文Physical Vapor D印osition (物理气相沉积方法)的縮写，是指在真 空条件下，采用低电压、大电流的电弧放电技术，利用气体放电使靶材蒸发并使 被蒸发物质与气体都发生电离，利用电场的加速作用，使被蒸发物质及其反应产 物沉积在工件上。PVD技术不仅提高了涂层与刀具基体材料的结合强度，涂层成 分也由第一代的TiN发展为TiC、 TiCN、 ZrN、 CrN、 MoS2、 TiAIN、 TiAICN、 TiN-AIN、 CNx、 DLC和ta—C等多元复合涂层。采用PVD技术所制备的涂层虽 然具有高硬度、低摩擦系数、很好的耐磨性和化学稳定性等优点，但是，仍然存 在着一些弊端，比如，TiN/TiC涂层就存着显微硬度低、性能脆、不耐冲击等缺 点；又比如，多层涂层还存在着内应大的问题，使膜层在切削加工时性能不够稳 定；又比如，TiCN、 TiC7TiN涂层在切削温度较高时就存在着膜层易被氧化而被5烧蚀的的弊端；再比如，现有的大多数涂层均存在着加工粘性大材料时容易粘刀 的问题等等。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术之不足，提供一种TiAlCN非金属元素线性 变化梯度涂层的制作方法，使制备出的涂层具有表面光洁度高，抗脱膜能力强， 抗粘刀性能好的特点，而更适合于精加工，特别是在水溶液冷却下中、低速加工 粘性大的材料可发挥出优秀的性能。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是 一种TiAlCN非金属元素线性 变化梯度涂层的制作方法，是采用PVD方法进行涂层处理，该涂层处理过程被分 成连续的四个时间段，其过程包括如下步骤a. 在第一个时间段内，向炉腔内仅通入氮气N2，氮气N2的流量为 4(XT550sccm, Ti耙的蒸发电流为16(T 180A，温度为350°CT450°C ，使基体表面 被涂上一层高致密的TiN中间层，该TiN中间层的厚度为0.2-0.8mn;b. 在第二个时间段内，同时向炉腔内通入氩气Ar、氮气N2、乙炔气体C2H2， 氩气Ar流量控制在500- 800sccm保持不变，TiAl合金耙的蒸发电流为130~ 150A， 温度控制在430'CT470°C;随着涂层的进行，氮气N2的流量从480一 520sccm匀 速下降到140" 160sccm，乙炔气体C2H2的流量则从12sccm匀速上升到75~ 85sccm;使基体表面的TiN中间层上被涂上一层TiAlCN梯度层，该TiAlCN 梯度层的厚度为2.6-3um;c. 在第三个时间段内，继续同时向炉腔内通入氩气Ar、氮气N2、乙炔气体 C2H2，其中，氩气Ar流量由500-800sccm匀速调整到580sccnT 620sccm，氮气 N2流量由140- 160sccm匀速调整到330— 370sccm，乙炔气体C2H2流量由 7CT90sccm匀速调整到140" 160sccm， TiAl合金耙的蒸发电流为13(T 150A，温度 控制在430'C-470'C;使基体表面的TiAlCN梯度层上再被涂上一层TiAlCN过渡 层，该TiAlCN过渡层的厚度〈0.1um;d. 在第四个时间段内，继续同时向炉腔内通入氩气Ar、氮气N2、乙炔气体C2H2,其中，氩气Ar、氮气N2、乙炔气体C2H2的流量保持在第三个时间段的 收尾流量不变，即氩气Ar流量为580sccnT620sccm，氮气N2流量为330~ 370sccm， 乙炔气体C2H2流量为140"160sccm; TiAl合金靶的蒸发电流为130—150A，温度 控制在430°C-470'C;使基体表面的TiAlCN过渡层上再被涂上一层TiAlCN顶层， 该TiAlCN顶层的厚度为0.5~ lum。进一步的，还包括涂层前处理，该处理过程先是采用辐射加热法对基体进行 均匀加热，使工件温度升至35(T450'C，在加热过程中，必须往炉腔通入氩气Ar 和氢气H2，氩气Ar流量为30sccm_ 100sccm，氢气H2流量为300sccnT 500sccm; 然后进行刻蚀处理，通入氩气Ar，氩气Ar的流量为180sccm-220sccm，采用Ar 气电离后所产生的等离子体去轰击基体表面，以轰去基体表面硬化层，该硬化层 的厚度为0.r0.3um，从而进一步提高工件与涂层间的附着力，以保证刀具涂层性 能；其中，氢气H2的纯度为99.995%以上，氩气Ar的纯度为99.996%以上。所述的步骤b中，第二个时间段还被均匀分为三个分时段，在第一个分时段 中，氮气N2的流量从480- 520sccm匀速下降到140" 160sccm，乙炔气体C2H2 的流量则从8~ 12sccm匀速上升到75~ 85sccm;在第二个分时段中，氮气N2的流 量从140- 160sccm匀速上升到48(T 520sccm，乙炔气体C2H2的流量从75— 85sccm 匀速下降到8~ 12sccm;在第三个分时段中，氮气N2的流量从48(T520sccm匀速 下降到140- 160sccm，乙炔气体C2H2的流量则从8- 12sccm匀速上升到 75~ 85sccm。所述的步骤b中，第二个时间段还被均匀分为2n+l个分时段，其中取n^2 的正整数；在第一个分时段中，氮气N2的流量从480-520sccm匀速下降到 140- 160sccm,乙炔气体C2H2的流量则从8- 12sccm匀速上升到75- 85sccm;在 第二个分时段中，氮气N2的流量从140- 160sccm匀速上升到48(T 520sccm，乙 炔气体C2H2的流量从75-85sccm匀速下降到8~ 12sccm; 在第2n— 1个分时段中，氮气N2的流量从480-520sccm匀速下降到14(T 160sccm，乙炔气体C2H2 的流量则从8- 12sccm匀速上升到75— 85sccm;在第2n个分时段中，氮气N2的流量从140- 160sccm匀速上升到48(T 520sccm，乙炔气体C2H2的流量从 75~ 85sccm匀速下降到8~ 12sccm;在第2n+1个分时段中，氮气N2的流量从 480"520sccm匀速下降到140" 160sccm，乙炔气体C2H2的流量则从8- 12sccm匀 速上升到75- 85sccm。所述的第一个时间段的时间为13-17分钟。所述的第二个时间段的时间为100—120分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＴｉＡｌＣＮ非金属元素线性变化梯度涂层的制作方法，是采用ＰＶＤ方法进行涂层处理，其特征在于：该涂层处理过程被分成连续的四个时间段，其过程包括如下步骤：ａ．在第一个时间段内，向炉腔内仅通入氮气Ｎ２，氮气Ｎ２的流量为４００～５５０ｓｃｃｍ，Ｔｉ靶的蒸发电流为１６０～１８０Ａ，温度为４００℃～４５０℃，使基体表面被涂上一层高致密的ＴｉＮ中间层，该ＴｉＮ中间层的厚度为０．２～０．８ｕｍ；ｂ．在第二个时间段内，同时向炉腔内通入氩气Ａｒ、氮气Ｎ２、乙炔气体Ｃ２Ｈ２，氩气Ａｒ流量控制在５００～８００ｓｃｃｍ保持不变，ＴｉＡｌ合金靶的蒸发电流为１３０～１５０Ａ，温度控制在４３０℃～４７０℃；随着涂层的进行，氮气Ｎ２的流量从４８０～５２０ｓｃｃｍ匀速下降到１４０～１６０ｓｃｃｍ，乙炔气体Ｃ２Ｈ２的流量则从８～１２ｓｃｃｍ匀速上升到７５～８５ｓｃｃｍ；使基体表面的ＴｉＮ中间层上被涂上一层ＴｉＡｌＣＮ梯度层，该ＴｉＡｌＣＮ梯度层的厚度为２．６～３ｕｍ；ｃ．在第三个时间段内，继续同时向炉腔内通入氩气Ａｒ、氮气Ｎ２、乙炔气体Ｃ２Ｈ２，其中，氩气Ａｒ流量由５００～８００ｓｃｃｍ匀速调整到５８０ｓｃｃｍ～６２０ｓｃｃｍ，氮气Ｎ２流量由１４０～１６０ｓｃｃｍ匀速调整到３３０～３７０ｓｃｃｍ，乙炔气体Ｃ２Ｈ２流量由７０～９０ｓｃｃｍ匀速调整到１４０～１６０ｓｃｃｍ，ＴｉＡｌ合金靶的蒸发电流为１３０～１５０Ａ，温度控制在４３０℃～４７０℃；使基体表面的ＴｉＡｌＣＮ梯度层上再被涂上一层ＴｉＡｌＣＮ过渡层，该ＴｉＡｌＣＮ过渡层的厚度＜０．１ｕｍ；ｄ．在第四个时间段内，继续同时向炉腔内通入氩气Ａｒ、氮气Ｎ２、乙炔气体Ｃ２Ｈ２，其中，氩气Ａｒ、氮气Ｎ２、乙炔气体Ｃ２Ｈ２的流量保持在第三个时间段的收尾流量不变，即氩气Ａｒ流量为５８０ｓｃｃｍ～６２０ｓｃｃｍ，氮气Ｎ２流量为３３０～３７０ｓｃｃｍ，乙炔气体Ｃ２Ｈ２流量为１４０～１６０ｓｃｃｍ；ＴｉＡｌ合金靶的蒸发电流为１３０～１５０Ａ，温度控制在４３０℃～４７０℃；使基体表面的ＴｉＡｌＣＮ过渡层上再被涂上一层ＴｉＡｌＣＮ顶层，该ＴｉＡｌＣＮ顶层的厚度为０．５～１ｕｍ。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘浩，郭生舟，吴高潮，
申请(专利权)人：厦门金鹭特种合金有限公司，国家钨材料工程技术研究中心，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]
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