一种适用于硬质合金刀片的复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于硬质合金刀片的复合涂层，其包括Ti1‑x‑yAlxSiyN底层和以Ti1‑x‑yAlxSiyN/V2O5为调制周期的多周期面层，这样一来，使得具有该复合涂层的刀片具有优良的高硬度、高耐磨性、高红硬性以及润滑性能，且有效地改善了复合涂层与刀片基体之间的结合强度，从而使其具有良好的机械加工性能和使用寿命。

A Composite Coating for Cemented Carbide Blades and Its Preparation Method

The invention discloses a composite coating suitable for cemented carbide blades, which includes Ti1_x_yAlxSiyN bottom layer and multi-periodic surface layer with Ti1_x_yAlxSiyN/V2O5 as modulation period. Thus, the blade with the composite coating has excellent high hardness, high wear resistance, high red hardness and lubrication performance, and effectively improves the relationship between the composite coating and the blade substrate. The bonding strength makes it have good machinability and service life.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于硬质合金刀片的复合涂层及其制备方法
本专利技术涉及一种刀片表面改性
，特别是涉及一种适用于硬质合金刀片的复合涂层及其制备方法。
技术介绍
TiAlSiN涂层由于其自身具有高的硬度、高的耐磨性和优异的红硬性被大规模应用于刀片表面改性领域，从而提高刀片的加工性能以及使用寿命。TiAlSiN涂层的晶体结构和力学性能在很大程度上取决于涂层中的Al含量，当Al含量超过一定含量时，涂层会由单相立方结构向六方结构转化而使其力学和热性能下降。另外，在保持涂层为立方结构时，涂层的力学性能和高温抗氧化性能与涂层中的Al含量和Si含量密切相关，因此，TiAlSiN涂层的成分组成控制非常重要。但是，TiAlSiN涂层的摩擦系数相对较高，会增加涂层工具和被加工材料之间的摩擦磨损并使加工区域的温度升高，加剧工具的磨损。基于上述原因，亟待技术人员解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用于硬质合金刀片的复合涂层，该涂层包括一层沉积在刀片基体的Ti1-x-yAlxSiyN底层和具有多层结构的Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5面层，该涂层综合了Ti1-x-yAlxSiyN层高硬度和V2O5润滑性能的优点。在上述本专利技术的复合涂层技术方案中，研究和试验表明，上述Ti1-x-yAlxSiyN底层的力学和热性能与Al含量密切相关，当Al含量超过一定含量时，涂层会由单相立方结构向六方结构转化而使其硬度和热性能下降。在上述本专利技术的复合涂层技术方案中，研究和试验表明，上述Ti1-x-yAlxSiyN底层的力学和热性能与Si含量也密切相关，在保持涂层立方结构前提下，适当增加涂层Si含量也会增加涂层的硬度，但过高的Si含量反而使涂层的硬度降低。此外，Si的加入会降低Al在TiN中的固溶度，促使涂层向六方结构转化，而使涂层的性能降低。在上述本专利技术的复合涂层技术方案中，研究和试验表明，为了获得Ti1-x-yAlxSiyN涂层的最优性能，涂层成分的优选范围为0.3≤x≤0.5，0≤y≤0.2且0.3≤x+y≤0.5。在上述本专利技术的复合涂层技术方案中，虽然Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5周期性涂层组合了Ti1-x-yAlxSiyN层的高硬度和V2O5层低摩擦系数，但因为Ti1-x-yAlxSiyN层和V2O5层的晶体结构相差较大，在涂层生长过程中会存在较大的界面应力而影响涂层与刀片基体的结合强度。而本专利技术的上述技术方案中，预先沉积在刀片基体上的Ti1-x-yAlxSiyN底层可有效改善涂层与基体之间的结合强度。在上述本专利技术的复合涂层技术方案中，Ti1-x-yAlxSiyN底层的厚度控制在0.5～5μm，优选为1μm～3μm，Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5面层的厚度控制在1～8μm，优选为1μm～3μm。过低的Ti1-x-yAlxSiyN底层厚度会降低涂层的耐磨性和涂层与基体的结合强度；过低的Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5面层面层厚度会影响涂层的摩擦性能。在上述本专利技术的复合涂层技术方案中，复合涂层的总厚度为2.0μm～10μm，优选为2μm～6μm。涂层过薄，会影响降低涂层的保护作用；过厚的涂层降低复合涂层与刀片基体之间的结合强度并使涂层成本增加。在上述本专利技术的复合涂层技术方案中，Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5面层中，所述Ti1-x-yAlxSiyN层的单层厚度为20nm～100nm，优选50～100nm；V2O5层的单层厚度为50nm～100nm，优选50～80nm。作为一个总的技术，本专利技术还提供一种含上述复合涂层的制备方法：首先采用物理气相沉积工艺利用TiAlSi靶沉积Ti1-x-yAlxSiyN底层，再在所述Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5底层上通过TiAlSi靶和V靶沉积以“Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5”为调制周期的多周期涂层，在沉积Ti1-x-yAlxSiyN层时，关掉V靶电源，充入N2气氛；在沉积V2O5层时，关掉TiAlSi靶电源，充入O2气氛。上述复合涂层可应用于各种刀片、模具及耐磨零件，特别适用于切削刀片。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：通过复合涂层综合了Ti1-x-yAlxSiyN层的高硬度、高耐磨性、优异的红硬性和V2O5的低摩擦系数的优势，提高了刀片的加工性能和使用寿命。本专利技术的制备方法简单、设备要求低以及生产成本低廉。附图说明图1为本专利技术实施例1-实施例11的复合涂层的结构示意图。图例说明：1、基体；2、Ti1-x-yAlxSiyN底层；3、Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5面层中的V2O5层；4、Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5中间层中的Ti1-x-yAlxSiyN层。。具体实施方式以下结合说明书附图和具体实施例对本专利技术作进一步描述。实施例1：一种利用物理气相沉积方法沉积的本专利技术的含复合涂层，总厚度为2.0μm～10.0μm，首先利用TiAlSi靶在刀片基体上沉积Ti1-x-yAlxSiyN底层，其中0.3≤x≤0.5，0≤y≤0.2，且0.3≤x+y≤0.5，其厚度控制在0.5μm～5μm；然后分别利用TiAlSi和V靶在Ti1-x-yAlxSiyN底层上交替沉积具有多周期性的Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5面层，其Ti1-x-yAlxSiyN层的单层厚度为20nm～100nm，所述V2O5层的单层厚度为50nm～100nm，经多周期复合后其厚度控制在1.0μm～8.0μm；涂层的总厚度控制在2.0μm～1.0μm。实施例2：对型号为TNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀片基体上采用物理气相沉积方法沉积厚度为0.5μm的Ti0.6Al0.3Si0.1N；然后沉积Ti0.6Al0.3Si0.1N/V2O5面层，其中Ti0.6Al0.3Si0.1N单层的厚度为20nm，V2O5层的厚度为50nm，经40个周期后Ti0.6Al0.3Si0.1N/V2O5面层的厚度为2.8μm；涂层的总厚度为3.3um。对照品同样是以上述标准铣刀作为刀片基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层，然后用本实施例2制得的复合涂层刀片和对照品进行连续车削不锈钢的对比实验，切削参数：Vc＝160m/min、f＝0.3mm/r、ap＝1.0mm。其中TiAlN涂层刀片的切削寿命为8分钟，本专利技术涂层刀片的切削寿命为15分钟。本专利技术的复合涂层的涂层刀片在车削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的TiAlN涂层刀片有明显提高。实施例3：对型号为TNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀片基体上采用物理气相沉积方法沉积厚度为0.5μm的Ti0.6Al0.3Si0.1N；然后沉积Ti0.6Al0.3Si0.1N/V2O5面层，其中Ti0.6Al0.3Si0.1N单层的厚度为50nm，V2O5层的厚度为100nm，经10个周期后Ti0.6Al0.3Si0.1N/V2O5面层的厚度为1.5μm；涂层的总厚度为2.0um。对照品同样是以上述标准铣刀作为刀片基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层，然后用本实施例2制得的复合涂层刀片和对照品进行连续车削不锈钢的对比实验，切削本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于硬质合金刀片的复合涂层，其特征在于，包括沉积在刀片基体上的Ti1‑x‑yAlxSiyN底层和以Ti1‑x‑yAlxSiyN/V2O5为调制周期的周期性面层，其中，0.3≤x≤0.5，0≤y≤0.2且0.3≤x+y≤0.5；所述Ti1‑x‑yAlxSiyN为面心立方结构。

【技术特征摘要】
1.一种适用于硬质合金刀片的复合涂层，其特征在于，包括沉积在刀片基体上的Ti1-x-yAlxSiyN底层和以Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5为调制周期的周期性面层，其中，0.3≤x≤0.5，0≤y≤0.2且0.3≤x+y≤0.5；所述Ti1-x-yAlxSiyN为面心立方结构。2.根据权利要求1所述的适用于硬质合金刀片的复合涂层，其特征在于：所述Ti1-x-yAlxSiyN底层的厚度为0.5μm～5μm。3.根据权利要求1所述的适用于硬质合金刀片的复合涂层，其特征在于：所述Ti1-x-yAlxSiyN/V2O5面层的厚度为1μm～8μm。4.根据权利要求1-3中任一项所述的适用于硬质合金刀片的复合涂层，其特征在于：所述Ti1-x-...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛昌海，
申请(专利权)人：艾瑞森表面技术苏州股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32