一种高附着力纳米刀具涂层及其制备方法技术

本申请涉及硬质涂层领域，具体公开了一种高附着力纳米刀具涂层及其制备方法。高附着力纳米刀具涂层包括从内向外依次包覆在经基体改性后刀具表面的CrN界面层、AlTiN中间层、AlTiN/TiSiN连接层和TiSiN包覆层，所述CrN界面层、AlTiN中间层、AlTiN/TiSiN连接层和TiSiN包覆层均采用沉积包覆的方案进行制备。其制备方法为：S1、取基体改性刀具并活化处理；S2、待刀具活化完成后，依次沉积，制备得所述高附着力纳米刀具涂层。另外，本申请优化了刀具材料的表面结构，提高了硬质涂层在刀具表面的附着性能和抗脱落性能。性能和抗脱落性能。性能和抗脱落性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高附着力纳米刀具涂层及其制备方法


[0001]本申请涉及硬质涂层领域，更具体地说，它涉及一种高附着力纳米刀具涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]一般而言，在硬质涂层体系中，涂层与基体材料各不相同，在涂层的沉积过程中，涂层材料一般通过化学键、分子间作用力、机械咬合等方式沉积在基体表面。层
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基材料的相互作用表现为附着，将层
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基剥离所需要的力或者能量被称为结合力或者结合强度。由于涂层和基体之间的层
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基界面是涂层与基体连接的纽带，不仅起到传递涂层受到的外界载荷的作用，还要承受涂层内部的应力应变。所以层
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基界面结合的质量对涂层的质量和寿命影响较大。
[0003]现有技术可参考公开号为CN102517539A的中国专利技术专利，公开了一种提高硬质涂层（薄膜）与基体界面结合强度的方法，该方法将硬质涂层/基体复合体系于
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50℃
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273℃的低温或超低温下处理5
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48小时实现。硬质涂层包括TiN、CrN、TiAlN、TiSiN、CrAlTiN、BN等氮化物涂层、金刚石、类金刚石等C涂层及TiC、WC等碳化物涂层。应用本专利技术方法，可使涂层/基体界面结合强度提高10%
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50%，还可避免采用传统的高温退火方法时，基体或涂层本身性能的劣化；同时，低温或超低温处理成本低，适用的涂层/基体复合体系种类广泛。
[0004]针对上述中的相关技术，申请人认为现有的刀具的硬质涂层基体表面结构性能不佳，难以形成连续的覆盖层，不仅影响涂层的力学性能，也会影响涂层的结合强度，从而降低了纳米刀具涂层的抗脱落性能。

技术实现思路

[0005]为了克服现有纳米刀具涂层与基体之间结合强度不佳的缺陷，本申请提供了一种高附着力纳米刀具涂层及其制备方法，采用如下的技术方案：第一方面，本申请提供一种高附着力纳米刀具涂层，所述高附着力纳米刀具涂层包括从内向外依次包覆在经基体改性后刀具表面的CrN界面层、AlTiN中间层、AlTiN/TiSiN连接层和TiSiN包覆层，所述CrN界面层、AlTiN中间层、AlTiN/TiSiN连接层和TiSiN包覆层均采用沉积包覆的方案进行制备。
[0006]通过采用上述技术方案，由于本申请采用了多层硬质包覆层依次沉积的技术方案，通过多层包覆的设置，一方面，能通过多层包覆的结构，满足硬质涂层设置的多种需要，同时，多层结构的硬质涂层，相对于单层结构的硬质涂层来说，能有效改善硬质涂层结构强度，在此基础上，本申请优化了刀具材料的表面结构，通过对其表面结构进行改性处理，能有效对基体表面去除粉尘颗粒的同时，降低其粗糙度，从而提高涂层与基体的勾连嵌合作用，促进粒子成核、提高膜层质量增强其结合强度，从而有效提高了硬质涂层在刀具表面的附着性能和抗脱落性能。
[0007]进一步地，所述基体改性包括打砂前处理和抛光后处理，所述基体改性步骤包括：
（1）打砂前处理：取需处理的刀具材料，洗净后打砂处理，调整打砂粒度为#600；（2）抛光后处理：待打磨完成后，再对其抛光处理，控制抛光压力为10～20KPa，抛光浆料流速为125mL/min，待抛光完成后，即可完成所述基体改性。
[0008]通过采用上述技术方案，由于本申请采用打砂前处理和抛光后处理的方案，对刀具表面进行表面处理，其中，打砂前处理的操作步骤，通过砂粒磨料对刀具表面的冲击和切削作用使得工件表面获得一定的清洁度，改善了工件表面的机械性能，增加了工件表面和涂层之间的附着力，提升硬质涂层的耐久性，在此基础上，再进行抛光处理，由于打砂前处理形成的涂层虽然降低了粗糙度，但是形成细微的粗糙表面的结构是不规律的，本申请技术方案采用抛光处理，降低表面结构的粗糙度的同时，重点改善刀具的表面结构，从而有效提高了硬质涂层在刀具表面的附着性能和抗脱落性能。
[0009]进一步地，所述打砂处理为，在打砂压力0.4MPa～0.6MPa，打砂距离100～120mm，打砂角度25
°
～35
°
下打砂处理。
[0010]通过采用上述技术方案，由于本申请优化了打砂的压力和角度，使打砂处理后的刀具表面的氧化层和杂质有效去除，同时经过打砂后的刀具表面的活性进一步提高，改善了刀具表面的压应力，从而有效提高了硬质涂层在刀具表面的附着性能和抗脱落性能。
[0011]进一步地，所述打砂处理采用的打砂沙粒包括白刚玉、棕刚玉以及锆刚玉中的一种或多种的混合物。
[0012]通过采用上述技术方案，由于本申请优化了打砂的材料，通过选用上述材料或者多种材料的混合物，来对不同组分的刀具能的不同需求进行调整，其目的最终还是通过打砂改善刀具表面的粗糙度，从而进一步提高了硬质涂层在刀具表面的附着性能和抗脱落性能。
[0013]进一步地，步骤（2）所述抛光浆料包括下列重量份物质组成：50～60份水、10～15份纳米硅溶胶和6～8份氧化铝颗粒。
[0014]通过采用上述技术方案，由于本申请优化了抛光浆料的组成成分的同时，调整了各组分的配比，通过硅溶胶作分散介质的抛光浆料，提高了抛光处理过程中对刀具表面的抛光均匀性能，同时由于分散介质中的硅溶胶也具有良好的结构性能，改善抛光浆液的稳定性能，从而进一步提高了硬质涂层在刀具表面的附着性能和抗脱落性能。
[0015]进一步地，所述抛光浆液还包括3～5重量份的质量分数1％氢氧化钠溶液。
[0016]通过采用上述技术方案，由于本申请对抛光浆液的组成进一步限定，通过优化抛光浆液的组成，改变其pH值，由于在碱性条件下，pH值能有效改善抛光液中氧化铝颗粒的Zeta电位，从而改善了抛光浆液的稳定性能，使其在实际使用中，提高了抛光处理过程中对刀具表面的抛光均匀性能，从而进一步提高了硬质涂层在刀具表面的附着性能和抗脱落性能。
[0017]进一步地，所述TiSiN包覆层按原子质量比，包括6～8％的Si、37～39％的Ti和52～58％的N。
[0018]通过采用上述技术方案，由于本申请在涂层结构中添加Si元素，而Si元素的添加能显著提高涂层材料的硬度和抗高温性能，从而在实际使用过程中，改善刀具涂层的耐高温性能和强度。
[0019]进一步地，所述AlTiN/TiSiN连接层厚度为1～3μm。
[0020]通过采用上述技术方案，由于本申请优化了刀具涂层的尺寸和原料的组成，通过AlTiN/TiSiN连接层填充在多层涂层的结构之间，形成良好的负载和支撑作用，使该涂层在外力作用下，能有效防止刀具表面与涂层之间的结合强度，改善了整体涂层的结构性能，从而进一步提高了硬质涂层在刀具表面的附着性能和抗脱落性能。
[0021]第二方面，本申请提供一种高附着力纳米刀具涂层的制备方法，所述高附着力纳米刀具涂层的制备步骤为：S1、取基体改性刀具并置于沉积真空室中，升温减压后，再在氮气气氛下，对基体改性刀具进行活化处理；S2、待刀具活化完成后，依次在刀具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高附着力纳米刀具涂层，其特征在于，所述高附着力纳米刀具涂层包括从内向外依次包覆在经基体改性后刀具表面的CrN界面层、AlTiN中间层、AlTiN/TiSiN连接层和TiSiN包覆层，所述CrN界面层、AlTiN中间层、AlTiN/TiSiN连接层和TiSiN包覆层均采用沉积包覆的方案进行制备。2.根据权利要求1所述的一种高附着力纳米刀具涂层，其特征在于，所述基体改性包括打砂前处理和抛光后处理，所述基体改性步骤包括：（1）打砂前处理：取需处理的刀具材料，洗净后打砂处理，调整打砂粒度为#600；（2）抛光后处理：待打磨完成后，再对其抛光处理，控制抛光压力为10～20KPa，抛光浆料流速为125mL/min，待抛光完成后，即可完成所述基体改性。3.根据权利要求2所述的一种高附着力纳米刀具涂层，其特征在于，所述打砂处理为，在打砂压力0.4MPa～0.6MPa，打砂距离100～120mm，打砂角度25
°
～35
°
下打砂处理。4.根据权利要求2所述的一种高附着力纳米刀具涂层，其特征在于，所述打砂处理采用的打砂沙粒包括白刚玉、棕刚玉以及锆刚玉中的一种或多种的混合物。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金海，梁文勇，刘涛，严晓倩，张杰，
申请(专利权)人：科汇纳米技术常州有限公司，
类型：发明
国别省市：