一种纳米多层涂层及其制备方法和表面涂覆纳米多层涂层的刀具技术

本发明专利技术提供了一种纳米多层涂层及其制备方法和表面涂覆纳米多层涂层的刀具，属于保护性涂层技术领域。本发明专利技术提供的纳米多层涂层，包括依次层叠设置在基体表面的TiN层和纳米复合交替层；所述纳米复合交替层包括交替层叠设置的TiAlSiN层和MoS

【技术实现步骤摘要】
一种纳米多层涂层及其制备方法和表面涂覆纳米多层涂层的刀具
本专利技术涉及保护性涂层
，具体涉及一种纳米多层涂层及其制备方法和表面涂覆纳米多层涂层的刀具。
技术介绍
在切削加工中，刀具性能对切削加工的效率、精度、表面质量有着决定性的影响。为了更好地提高刀具的切削性能，比较有效的一种方法是采用各种涂层技术在基体上涂覆上一层或多层高硬度、高耐磨损性能的材料。刀具表面上的涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具的月牙洼磨损，可以显著地提高加工效率、提高加工精度、延长刀具使用寿命、降低加工成本。涂层的特点是涂层薄膜与刀具基体相结合，提高刀具的耐磨性而不降低基体的韧性，从而降低刀具与工件的摩擦因素，延长刀具的使用寿命。然而，随着刀具使用条件越来越苛刻，不仅对刀具涂层的硬度提出了更高的要求，还要求涂层材料具有良好的自润滑性能，才能有效地改善刀具的使用性能。纳米多层涂层是由两种材料以纳米量级交替沉积形成的多层薄膜，因其在物理性能与力学性能的异常表现而得到了广泛的关注。尤其力学性能方面，由于组成纳米多层涂层材料可以进行任意的裁剪和选择，一些调制周期小于100nm的纳米多层涂层呈现出弹性模量与硬度异常升高的超模效应与超硬效应，使纳米多层涂层在先进涂层材料领域具有较大的应用前景。中国专利201010176320.4涉及一种纳米复合钛铬硅氮化物刀具涂层，涂层包含有过渡层的钛铬硅氮化物涂层，晶粒大小在5～15nm，涂层厚度为1～4μm，涂层显微硬度26Gpa，高温稳定性达到1068℃以上，适用于高速条件下的高硬度钢材料切削加工，其摩擦系数为0.45。中国专利200910055595.X涉及了一种TiC/Si3N4纳米多层涂层，由TiC层和Si3N4层交替沉积在金属、硬质合金或陶瓷基底上形成，该涂层具有优良的高温抗氧化性，而且具有高于40GPa的硬度，其摩擦系数为0.4。然而，上述现有的涂层仍存在着高硬度和低摩擦系数无法兼顾的问题，不能满足高速切削和干式切削的性能要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种纳米多层涂层及其制备方法和表面涂覆纳米多层涂层的刀具。本专利技术提供的纳米多层涂层同时具有高硬度和低摩擦系数。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种纳米多层涂层，包括依次层叠设置在基体表面的TiN层和纳米复合交替层；所述纳米复合交替层包括交替层叠设置的TiAlSiN层和MoS2层；所述TiN层和TiAlSiN层接触。优选的，所述TiN层的厚度为300～500nm。优选的，所述TiAlSiN层的单层厚度为6～8nm。优选的，所述MoS2层的单层厚度为0.3～1.5nm。优选的，所述纳米多层涂层的厚度为1～4μm。本专利技术提供了上述技术方案所述纳米多层涂层的制备方法，包括以下步骤：在氮气气氛和保护气氛中，使用Ti靶，在基体表面进行单靶磁控溅射，得到TiN层；交替使用TiAlSi靶和MoS2靶，在所述TiN层的表面进行多靶磁控溅射交替循环沉积TiAlSi层和MoS2层，在所述TiN层表面形成纳米复合交替层，得到纳米多层涂层；所述TiN层和TiAlSiN层接触。优选的，所述单靶磁控溅射的工作条件包括：采用直流溅射得到，溅射功率为100～150W，溅射时间为20～30min，Ar气流量为20～40sccm，N2气流量为5～20sccm，总气压为0.2～0.6Pa。优选的，所述多靶磁控溅射的工作条件包括：Ar气流量为20～40sccm，N2气流量为5～20sccm，总气压为0.2～0.8Pa。优选的，所述TiAlSi层采用直流溅射得到，所述直流溅射的功率为100～200W，时间为10～20s；所述MoS2层采用射频溅射得到，所述射频溅射的功率为80～160W，时间为2～10s。本专利技术还提供了一种表面涂覆上述技术方案所述的纳米多层涂层或上述技术方案所述制备方法制备得到的纳米多层涂层的刀具。本专利技术提供了一种纳米多层涂层，包括依次层叠设置在基体表面的TiN层和纳米复合交替层；所述纳米复合交替层包括交替层叠设置的TiAlSiN层和MoS2层；所述TiN层和TiAlSiN层接触。本专利技术提供的纳米多层涂层中，TiN层为过渡层提高结合强度；纳米复合交替层中，TiN层以及纳米复合交替层的多层结构高了涂层的硬度且降低了涂层的摩擦系数，使得纳米多层涂层同时具有高硬度和低摩擦系数，具有较好的润滑性能。本专利技术提供的纳米多层涂层能够弥补传统刀具涂层使用中的不足，拓宽了刀具涂层的研究范围，可以在承受载荷并要求低摩擦的环境下工作。如本专利技术实施例结果所示，本专利技术提供的纳米多层涂层的硬度在35.7～38.2GPa，摩擦系数为0.22～0.28。本专利技术提供的制备方法，工艺简单、成本低、效率高，能实现批量化生产。具体实施方式本专利技术提供了一种纳米多层涂层，包括依次层叠设置在基体表面的TiN层和纳米复合交替层；所述纳米复合交替层包括交替层叠设置的TiAlSiN层和MoS2层；所述TiN层和TiAlSiN层接触。在本专利技术中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。在本专利技术中，所述基体优选为金属基体，更优选为硬质合金，本专利技术对于所述硬质合金的具体种类没有特殊限定，采用本领域技术人员熟知的硬质合金即可，具体如高速钢。在本专利技术中，所述纳米多层涂层的厚度优选为1～4μm，更优选为1.5～3.5μm，最优选为2～3μm。在本专利技术中，所述TiN层的厚度优选为300～500nm，更优选为350～450nm，最优选为400～450nm。在本专利技术中，如果TiAlSiN层直接与基体相接触，会因为TiAlSiN层与基体之间的晶格常数和热膨胀系数不同产生应力，容易使TiAlSiN层脱落，本专利技术在TiAlSiN层和基体之间增加TiN层进行过渡，可以缓解TiAlSiN层与基体之间产生的应力，从而提高结合强度。在本专利技术中，所述纳米复合交替层的厚度优选为0.5～3.7μm，更优选为1～3.5μm，最优选为1.5～3μm。在本专利技术中，所述TiAlSiN层的单层厚度优选为6～8nm，更优选为6.5～7.5nm，最优选为7.0～7.5nm。在本专利技术中，所述MoS2层的单层厚度优选为0.3～1.5nm，更优选为0.5～1.2nm，最优选为0.5～1nm。在本专利技术中，所述纳米复合交替层中TiAlSiN层和MoS2层的层数独立地优选为52～570层，更优选为100～500层，最优选为200～400层。在本专利技术中，所述TiAlSiN层以及以及MoS2层的交替多层结构提高了涂层的硬度且降低了涂层的摩擦系数，使得纳米多层涂层同时具有高硬度和低摩擦系数，具有较好的润滑性能，本专利技术提供的纳米多层涂层能够弥补传统刀具涂层使用中的不足，拓宽了刀具涂层的研究范围，可以在承受载荷并要求低摩擦的环境下工作。本专利技术提供了上述技术方案所述纳米多层涂层的制备方法，包括以下步骤：在氮气气氛和保护气氛中，使用T本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米多层涂层，其特征在于，包括依次层叠设置在基体表面的TiN层和纳米复合交替层；所述纳米复合交替层包括交替层叠设置的TiAlSiN层和MoS

【技术特征摘要】
1.一种纳米多层涂层，其特征在于，包括依次层叠设置在基体表面的TiN层和纳米复合交替层；所述纳米复合交替层包括交替层叠设置的TiAlSiN层和MoS2层；所述TiN层和TiAlSiN层接触。


2.根据权利要求1所述的纳米多层涂层，其特征在于，所述TiN层的厚度为300～500nm。


3.根据权利要求1所述的纳米多层涂层，其特征在于，所述TiAlSiN层的单层厚度为6～8nm。


4.根据权利要求1所述的纳米多层涂层，其特征在于，所述MoS2层的单层厚度为0.3～1.5nm。


5.根据权利要求1～4任一项所述的纳米多层涂层，其特征在于，所述纳米多层涂层的厚度为1～4μm。


6.权利要求1～5任一项所述纳米多层涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
在氮气气氛和保护气氛中，使用Ti靶，在基体表面进行单靶磁控溅射，得到TiN层；
交替使用TiAlSi靶和MoS2靶，在所述TiN层的表面进行多靶磁控溅射交替循环沉积TiAlSi层和Mo...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯利民，李伟，
申请(专利权)人：上海新弧源涂层技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31