一种多层纳米复合刀具涂层及其制作方法技术

本发明专利技术公开一种多层纳米复合刀具涂层的制作方法，包括以下步骤：1）刀具清洗：保证刀具基体表面干燥、清洁；2）抽真空处理：将刀具基体装夹在镀膜设备的转架上，然后将转架放置在由Cr靶材、AlTi靶材和AlCrSiW靶材组成的闭合镀膜设备中，并将真空室抽真空处理，最后打开加热器升温；3）离子清洗和离子轰击：通入氩气，对刀具基体的表面进行辉光清洗，关闭氩气，开启Cr靶材；4）制作底部粘接层：通入氮气，沉积CrN结合层；5）制作中间耐磨层：关闭Cr靶材，开启AlTi靶材，表面沉积AlTiN中间层；6）制作混合过渡层：开启AlCrSiW靶材和AlTi靶材，表面沉积AlCrSiWN及AlTiN混合层；7）制作表面功能层：关闭AlTi靶材，开启AlCrSiW靶材，表面沉积AlCrSiWN表面层，得到多层纳米复合刀具。

A Multilayer Nanocomposite Tool Coating and Its Fabrication Method

【技术实现步骤摘要】
一种多层纳米复合刀具涂层及其制作方法
本专利技术涉及刀具涂层
，特别是涉及一种多层纳米复合刀具涂层及其制作备方法。
技术介绍
作为基础产业的制造业正在发生着革命性的变化，制造技术也已产生了质的变化。尤其近几年随着机械工业的迅速发展，机械加工难度愈来愈大，加工精度要求越来越高，在自动线上的复合刀具，既要满足生产节拍要求，又要具有可靠性和高寿命，要适应发展的需要，就要对传统的老式的复合刀具进行改革创新，就需要应用新技术、新材料来提高复合加工刀具的使用性能；复合刀具涂层是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢基体表面上，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制备的。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，从而减少了基体的磨损。由于现有的加工材料，因其导热性差，塑性高，切削粘结严重等原因，使得刀具磨损过快，加工效率降低，成本增加。虽然PVD/CVD涂层刀具具有高表面硬度高、高耐磨性、化学性能稳定、摩擦系数小等特性，与未涂层刀具相比，在切削加工时刀具寿命可提高3-5倍以上，成为目前加工这类难加工材料的首选。尽管大部分涂层具有良好切削性能，可有效提高刀具性能，但市场上对于特殊难加工材料的切削加工一直没有较适合的刀具涂层，高硬度、高耐磨、抗氧化性好、与元素亲和性低是切削这类难加工材料刀具涂层的主要需求。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种多层纳米复合刀具涂层的制作方法，该制作方法流程简单，可制作出多层多元涂层的多层纳米复合刀具涂层。本专利技术的目的之一通过以下技术方案实现：一种多层纳米复合刀具涂层的制作方法，包括以下步骤：（1）刀具清洗：首先将刀具基体放入到超声波清洗机内进行清洗，然后去除的刀具基体表面水分，使得刀具基体表面干燥、清洁；（2）抽真空处理：首先将完成步骤（1）的刀具基体均匀装夹在镀膜设备的转架上，然后将转架放置在由Cr靶材、AlTi靶材和AlCrSiW靶材组成的闭合镀膜设备中，并将真空室进行抽真空处理，最后打开加热器升温；（3）离子清洗和离子轰击：首先在完成步骤（2）的真空室内通入氩气，对刀具基体的表面进行辉光清洗，然后关闭氩气输入，开启Cr靶材，对完成步骤（2）的刀具基体进行Cr离子轰击并提高刀具基体表面的活性；（4）制作底部粘接层：在完成步骤（3）的真空室内通入氮气，使得在刀具基体的表面沉积CrN结合层；（5）制作中间耐磨层：关闭Cr靶材，开启AlTi靶材，在完成步骤（4）的CrN结合层的表面沉积AlTiN中间层；（6）制作混合过渡层：开启AlCrSiW靶材和AlTi靶材，在完成步骤（5）的AlTiN中间层的表面沉积AlCrSiWN及AlTiN混合层；（7）制作表面功能层：关闭AlTi靶材，开启AlCrSiW靶材，在完成步骤（6）的AlCrSiWN及AlTiN混合层的表面沉积AlCrSiWN表面层，得到多层纳米复合刀具。进一步的，在步骤（5）中，所述AlTi靶材由成分比为Al60%和Ti40%组成。进一步的，在步骤（6）中，所述AlCrSiW靶材由成分比为Al65%、Cr20%、Si5%和W10%组成。进一步的，在步骤（2）中，所述真空室内的背底真空气压不小于0.01Pa。有益效果：由于在多层纳米复合刀具涂层的制作过程当中，采用Cr靶材、AlTi靶材和AlCrSiW靶材和氮气的相互协同配合，在刀具基体表面分别沉积有CrN结合层、AlTiN中间层、AlCrSiWN及AlTiN混合层和AlCrSiWN表面层，进而使得刀具本体具有高硬度、高耐磨、抗高温的纳米结构表面层以及高结合力的中间底部粘接层的多层多元涂层，同时实现了刀具涂层在切削过程中隔热及散热。本专利技术的目的之二在于避免现有技术中的不足之处而提供一种多层纳米复合刀具涂层，该涂层具有刀具不仅具有涂层硬度高、耐磨性好、抗氧化性好的优点，同时实现了刀具涂层在切削过程中隔热及散热，适宜多种难加工材料。本专利技术的目的之二通过以下技术方案实现：一种多层纳米复合刀具涂层，所述刀具涂层由内至外依次包括有刀具基体、底部粘接层、中间耐磨层、混合过渡层、表面功能层。进一步的，所述底部粘接层为CrN结合层，所述底部粘接层的厚度为0.9um至1.1um。进一步的，所述中间耐磨层为AlTiN中间层，所述中间耐磨层的厚度为0.8um至1.2um。进一步的，所述混合过渡层为AlCrSiWN及AlTiN混合层，所述混合过渡层的厚度为0.09um至0.11um。进一步的，所述表面功能层为AlCrSiWN表面层，所述表面功能层的厚度为0.8um至1.2um。有益效果在于：由于设置刀具基体表面从内到外依次为底部粘接层、中间耐磨层、混合过渡层和表面功能层四者相配合的结构设计，更好地利用含W、Si元素高硬涂层优良的切削性，弥补其附着力不足而导致的涂层脱落问题，且涂层面内热导率高于涂层横截面热导率，从而使切削热沿刀具表面快速扩散并阻隔热向刀具基体的传导，可有效解决刀尖部位切削热集聚，使得涂层具有刀具不仅具有涂层硬度高、耐磨性好、抗氧化性好的优点，同时实现了刀具涂层在切削过程中隔热及散热，适宜多种难加工材料。附图说明利用附图对专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是本专利技术的一种多层纳米复合刀具涂层的工艺流程示意图；图2是本专利技术的一种多层纳米复合刀具涂层的整体结构示意图。图中包括：刀具基体1、底部粘接层2、中间耐磨层3、混合过渡层4、表面功能层5。具体实施方式结合以下实施例对本专利技术作进一步描述。一种多层纳米复合刀具涂层的制作方法，包括以下步骤：（1）刀具清洗：首先将刀具基体放入到超声波清洗机内进行清洗，然后去除的刀具基体表面水分，使得刀具基体表面干燥、清洁；（2）抽真空处理：首先将完成步骤（1）的刀具基体均匀装夹在镀膜设备的转架上，然后将转架放置在由Cr靶材、AlTi靶材和AlCrSiW靶材组成的闭合镀膜设备中，并将真空室进行抽真空处理，最后打开加热器升温；（3）离子清洗和离子轰击：首先在完成步骤（2）的真空室内通入氩气，对刀具基体的表面进行辉光清洗，然后关闭氩气输入，开启Cr靶材，对完成步骤（2）的刀具基体基体进行Cr离子轰击并提高刀具基体表面的活性；（4）制作底部粘接层：在完成步骤（3）的真空室内通入氮气，使得在刀具基体的表面沉积CrN结合层；（5）制作中间耐磨层：关闭Cr靶材，开启AlTi靶材，在完成步骤（4）的CrN结合层的表面沉积AlTiN中间层；（6）制作混合过渡层：开启AlCrSiW靶材和AlTi靶材，在完成步骤（5）的AlTiN中间层的表面沉积AlCrSiWN及AlTiN混合层；（7）制作表面功能层：关闭AlTi靶材，开启AlCrSiW靶材，在完成步骤（6）的AlCrSiWN及AlTiN混合层的表面沉积AlCrSiWN表面层，得到多层纳米复合刀具；（8）表面处理：将步骤（7）制得的多层纳米复合刀具进行抛光后处理，打磨刀具涂层表面。在优选实施例中，在步骤（5）中，所述AlTi靶材由成分比为Al60%和Ti40%组成，该比例制作出来的AlTiN中间层性能最佳。在优选实施例中，在步骤（6）中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层纳米复合刀具涂层的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）刀具清洗：首先将刀具基体放入到超声波清洗机内进行清洗，然后去除的刀具基体表面水分，使得刀具基体表面干燥、清洁；（2）抽真空处理：首先将完成步骤（1）的刀具基体均匀装夹在镀膜设备的转架上，然后将转架放置在由Cr靶材、AlTi靶材和AlCrSiW靶材组成的闭合镀膜设备中，并将真空室进行抽真空处理，最后打开加热器升温；（3）离子清洗和离子轰击：首先在完成步骤（2）的真空室内通入氩气，对刀具基体的表面进行辉光清洗，然后关闭氩气输入，开启Cr靶材，对完成步骤（2）的刀具基体进行Cr离子轰击，提高刀具基体表面的活性；（4）制作底部粘接层：在完成步骤（3）的真空室内通入氮气，使得在刀具基体的表面沉积CrN结合层；（5）制作中间耐磨层：关闭Cr靶材，开启AlTi靶材，在完成步骤（4）的CrN结合层的表面沉积AlTiN中间层；（6）制作混合过渡层：开启AlCrSiW靶材和AlTi靶材，在完成步骤（5）的AlTiN中间层的表面沉积AlCrSiWN及AlTiN混合层；（7）制作表面功能层：关闭AlTi靶材，开启AlCrSiW靶材，在完成步骤（6）的AlCrSiWN及AlTiN混合层的表面沉积AlCrSiWN表面层，得到多层纳米复合刀具。...

【技术特征摘要】
1.一种多层纳米复合刀具涂层的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）刀具清洗：首先将刀具基体放入到超声波清洗机内进行清洗，然后去除的刀具基体表面水分，使得刀具基体表面干燥、清洁；（2）抽真空处理：首先将完成步骤（1）的刀具基体均匀装夹在镀膜设备的转架上，然后将转架放置在由Cr靶材、AlTi靶材和AlCrSiW靶材组成的闭合镀膜设备中，并将真空室进行抽真空处理，最后打开加热器升温；（3）离子清洗和离子轰击：首先在完成步骤（2）的真空室内通入氩气，对刀具基体的表面进行辉光清洗，然后关闭氩气输入，开启Cr靶材，对完成步骤（2）的刀具基体进行Cr离子轰击，提高刀具基体表面的活性；（4）制作底部粘接层：在完成步骤（3）的真空室内通入氮气，使得在刀具基体的表面沉积CrN结合层；（5）制作中间耐磨层：关闭Cr靶材，开启AlTi靶材，在完成步骤（4）的CrN结合层的表面沉积AlTiN中间层；（6）制作混合过渡层：开启AlCrSiW靶材和AlTi靶材，在完成步骤（5）的AlTiN中间层的表面沉积AlCrSiWN及AlTiN混合层；（7）制作表面功能层：关闭AlTi靶材，开启AlCrSiW靶材，在完成步骤（6）的AlCrSiWN及AlTiN混合层的表面沉积AlCrSiWN表面层，得到多层纳米复合刀具。2.如权利要求1所述的一种多层纳米复合刀具涂层的制作方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭光宇，陈金海，钟伟强，
申请(专利权)人：科汇纳米技术深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44