本发明专利技术公开了一种周期性多层结构涂层带锯条及其制备方法，包括带锯条基体，及依次沉积在带锯条基体外表面的CrN结合层、CrN/AlCrN功能层和AlCrN顶层；所述CrN/AlCrN功能层由CrN层和AlCrN层交替沉积所得，所述带锯条基体表面的周期性多层结构涂层由电弧离子镀技术制备；本发明专利技术还公开了上述周期性多层结构涂层带锯条的应用，主要用于石油管道、蒸汽管道与锅炉炉体等厚壁管以及厚壁钢构件的锯切。本发明专利技术通过周期性多层结构设计使涂层带锯条表现出优异的力学性能与良好的韧性，并显著提升锯切寿命。切寿命。切寿命。
【技术实现步骤摘要】
一种周期性多层结构涂层带锯条及其制备方法和应用
[0001]本专利技术涉及带锯条锯切用涂层材料制备领域，尤其涉及一种周期性多层结构涂层带锯条及其制备方法和应用。
技术介绍
[0002]目前加快交通强国与构建现代能源体系的建设已经迫在眉睫，其中核电建设、深海深层和非常规油气资源开发、特高压输电与高速铁路等多个基建领域均涉及多种难加工材料的运用与高效切削。诸如石油管道、蒸汽管道与锅炉炉体等厚壁管以及厚壁钢构件的下料通常是这些基建项目面临的第一道工序，而锯切则是一种常用的下料方式。带锯条凭借自身切削效率高、节材节能以及成本可控等优势，在金属原材料下料领域中广泛使用。
[0003]在厚壁管以及厚壁钢构件材料的实际锯切下料过程中，一方面由于锯切宽度变化较大，带锯条在锯切过程中承受的切削力与冲击载荷会发生急剧变化，容易发生崩齿或者开裂失效；另一方面厚壁管与厚壁钢构件的应用工况对其本身材料综合性能要求较高，导致锯切加工难度提升，锯齿磨损过快。在这两方面因素的共同作用下，带锯条的锯切寿命显著下降。
[0004]物理气相沉积(PVD)制备的硬质涂层作为化学屏障和热屏障，可以有效避免切削过程中切削工具与被加工材料间的元素扩散和化学反应，同时PVD硬质涂层又具备高硬度，高耐磨性以及低摩擦系数等优点，从而显著减少切削工具的磨损，提升服役寿命和切削效率。通过选择合适的涂层材料，可以有效降低切削工具的磨损，获得优异的加工精度与表面质量，延长切削工具的服役寿命以及提高加工效率。
[0005]目前国内涂层带锯条仍处于空白领域，厚壁管与厚壁钢构件的锯切下料作为典型的断续切削工况，对带锯条锯齿的耐磨性以及抗冲击载荷性能提出了更高的要求。通过PVD硬质涂层材料成分与微结构的设计与研究，制备出兼具优异硬度与韧性的周期性多层结构涂层，提升带锯条的锯切寿命，有望实现带锯条锯切加工质量、成本与效率的协同改善。
技术实现思路
[0006]针对现有技术不足，本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种兼具优异的硬度、韧性、耐磨减摩以及锯切寿命的周期性多层结构涂层带锯条及其制备方法和应用
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
[0008]一种周期性多层结构涂层带锯条，其特征在于：包括带锯条基体，及依次沉积在带锯条基体上的CrN结合层、CrN/AlCrN功能层和AlCrN顶层；所述CrN/AlCrN功能层由CrN层和AlCrN层交替沉积所得。
[0009]进一步地，所述CrN结合层的厚度为0.2μm～0.5μm，CrN/AlCrN功能层的厚度为1.0μm～3.5μm，AlCrN顶层的厚度为0.5μm～2.0μm。
[0010]进一步地，所述CrN/AlCrN功能层的调制周期为5nm～50nm，调制比为1:1～1:4。CrN/AlCrN功能层中相邻的两个CrN层与AlCrN层为一个交替单元，而每一个交替单元中相
邻CrN层与AlCrN层的厚度之和即为调制周期，而相邻CrN层与AlCrN层的厚度之比即为调制比。
[0011]进一步地，所述AlCrN顶层和CrN/AlCrN功能层中的AlCrN层的各元素原子百分比为：Al:15.0～30.0at.％，Cr:20.0～30.0at.％以及N:40.0～60.0at.％；CrN结合层和CrN/AlCrN功能层中的CrN层的各元素原子百分比为Cr:45.0～55.0at.％以及N:45.0～55.0at.％。
[0012]进一步地，所述带锯条基体的锯齿材料为高速钢或硬质合金，锯条基体的锯条体材料为弹簧钢。
[0013]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了上述任一种周期性多层结构涂层带锯条的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S1：将带锯条基体进行预处理；
[0015]S2：在S1预处理所得的带锯条基体表面上，通过电弧离子镀沉积得CrN结合层；
[0016]S3：在S2所得的CrN结合层上，通过电弧离子镀多靶交替沉积方式得CrN/AlCrN功能层；
[0017]S4：在S3所得的CrN/AlCrN功能层上，通过电弧离子镀沉积得AlCrN顶层；
[0018]S5：将S4所得的周期性多层结构涂层带锯条进行后处理。
[0019]进一步地，S1中，所述预处理具体为：带锯条基体先经过喷砂钝化处理后，再以1～10m/min的速度通过装有金属清洗剂溶液的超声波清洗机，最后氮气吹干后绕卷置于涂层设备真空室内的工件转架上，并设置转架的公转速率为0.1～10.0rpm；当温度达到350℃～550℃，真空度达到1.0～9.0
×
10
‑3Pa时，通入Ar气，调节气压至0.3Pa～3.0Pa，启动离子源，功率为0.5kW～10.0kW，工件支架偏压
‑
100V～
‑
1000V，对带锯条基体表面进行刻蚀，刻蚀时间为25min～90min。
[0020]进一步地，S2中，CrN结合层的沉积参数为：通入N2气，调节气压至0.5Pa～5.0Pa，设置偏压为
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30V～
‑
250V，启动Cr电弧靶，靶电流为60A～200A，CrN结合层的沉积时间为5min～20min；
[0021]进一步地，S3中，CrN/AlCrN功能层的沉积参数为：先通入N2气，调节气压至0.5Pa～5.0Pa，设置偏压为
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60V～
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250V，同时启动Cr与AlCr电弧靶，Cr靶电流为60A～200A，AlCr电弧靶的靶电流为60A～200A，CrN/AlCrN功能层的沉积时间为30min～60min；
[0022]进一步地，S4中，AlCrN顶层的沉积参数为：通入N2气，调节气压至0.5Pa～5.0Pa，设置偏压为
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60V～
‑
250V，启动AlCr电弧靶，靶电流为60A～200A，AlCrN顶层沉积时间为15min～45min。
[0023]进一步地，S5中，所述后处理具体为：将涂层带锯条展开，并以1～10m/min的速度通过干喷砂机，对带锯条的锯条体进行喷砂，喷砂后将带锯条重新绕卷。
[0024]PVD硬质涂层的制备通常需要在300℃～500℃温度范围中进行。在高温真空环境中，锯条体表面的残余压应力受到退火作用将会被部分释放甚至消除，导致锯条体的抗疲劳性能显著下降，对涂层带锯条的锯切性能产生不利影响。带锯条的锯切性能不仅需要锯齿具备优异的耐磨性与红硬性，还要求锯条体具有强韧性与抗疲劳性。因此涂层带锯条通过喷砂后处理在锯条体表面引入残余压应力，能够提升锯条体的抗疲劳性。
[0025]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了上述周期性多层结构涂层带锯条和上述制备
方法制备的周期性多层结构涂层带锯条应用，所述周期性多层结构涂层带锯条用于厚壁管和厚壁钢构件的锯切。
[0026]进一步地，所述厚壁管主要包括石油管道、蒸汽管道与锅炉炉体等中的任意一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种周期性多层结构涂层带锯条，其特征在于：包括带锯条基体，及依次沉积在带锯条基体外表面CrN结合层、CrN/AlCrN功能层和AlCrN顶层；所述CrN/AlCrN功能层由CrN层和AlCrN层交替沉积所得。2.根据权利要求1所述的周期性多层结构涂层带锯条，其特征在于，所述CrN结合层的厚度为0.2μm～0.5μm，CrN/AlCrN功能层的厚度为1.0μm～3.5μm，AlCrN顶层的厚度为0.5μm～2.0μm。3.根据权利要求1所述的周期性多层结构涂层带锯条，其特征在于，所述CrN/AlCrN功能层的调制周期为5nm～50nm，调制比为1:1～1:4。4.根据权利要求1所述的周期性多层结构涂层带锯条，其特征在于，所述AlCrN顶层和CrN/AlCrN功能层中的AlCrN层的各元素原子百分比为：Al:15.0～30.0at.％，Cr:20.0～30.0at.％以及N:40.0～60.0at.％；CrN结合层和CrN/AlCrN功能层中的CrN层的各元素原子百分比为Cr:45.0～55.0at.％以及N:45.0～55.0at.％。5.根据权利要求1所述的周期性多层结构涂层带锯条，其特征在于，所述带锯条基体的锯齿材料为高速钢或硬质合金，锯条体基体的锯条体材料为弹簧钢。6.根据权利要求1
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5任一项所述周期性多层结构涂层带锯条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将带锯条基体进行预处理；S2：在S1预处理所得的带锯条基体表面上，通过电弧离子镀沉积得CrN结合层；S3：在S2所得的CrN结合层上，通过电弧离子镀多靶交替沉积方式得CrN/AlCrN功能层；S4：在S3所得的CrN/AlCrN功能层上，通过电弧离子镀沉积得AlCrN顶层；S5：将S4所得的周期性多层结构涂层带锯条进行后处理。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，S1中，所述预处理具体为：带锯条基体先经过喷砂钝化处理后，再以1～10m/min的速度通过装有金属清洗剂溶液的超声波清洗机，最后氮气吹干后绕卷置于涂层设备真空室内的工件转架上，并设置转...
【专利技术属性】
技术研发人员：张权，刘国跃，贾寓真，欧阳志勇，薛寒，
申请(专利权)人：湖南泰嘉新材料科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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