切削用m(AlTiNbN/AlTiON)+AlTiCON多层复合涂层及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种切削用m(AlTiNbN/AlTiON)+AlTiCON多层复合涂层及其制备方法，所述多层复合涂层沉积在刀具基体上，所述刀具基体为粉末冶金法制备而成的硬质合金或金属陶瓷，所述复合涂层包括底层的m(Al1‑

【技术实现步骤摘要】
切削用m(AlTiNbN/AlTiON)+AlTiCON多层复合涂层及制备方法


[0001]本专利技术涉及切削用刀具涂层
，具体涉及一种切削用m(AlTiNbN/AlTiON)+AlTiCON多层复合涂层及制备方法。

技术介绍

[0002]在涂层应用中，简单的单层二元、三元涂层已难以满足现代高速加工和难加工材料日益增多对刀具性能的苛刻要求，大量文献报道，涂层刀具在实际服役过程中面临着重复的切削阻力与交替的切削热作用，使得涂层刀具的切削性能不仅取决于涂层的硬度，还与涂层的韧性紧密相关；此外切削过程中大量切削热量在涂层刀具前刀面的累积与传递，对于涂层材质高温下的力学性能考验变得更高，即需要高温稳定性更优的涂层材质，这些应用现状迫使现代刀具涂层向着多元、多层、梯度结构等方向发展，以获得综合性能更加优良的涂层。
[0003]目前，合金元素掺杂作为涂层改性的有效方法之一，其中通过引入Nb或Ta元素能够很好的提升过渡族金属氮化物硬质涂层的韧性，这得益于具有金属键结合本征特性的NbN取代了部分具有共价键结合本征特性的AlN。然而，Nb、Ta元素的引入会降低高温服役过程中(Cr,Al)2O3层的形成并加速多孔疏松状NbOx、TaOx物质的生成，进而显著降低涂层的氧化性能。此外，多层结构的设计来提升涂层性能的方法也较为常见，中国专利“申请号CN202111258303.X”报道了一种采用化学气相沉积制备的AlTiN层与AlTiSiN层交替沉积涂层，通过两种不同成分涂层交替沉积，来实现不同性能涂层的综合效应，尤其对于纳米调制结构涂层，两种不同涂层间的“共格模板”强化效应会大幅整体涂层的力学性能。然而，这种纳米调制结构涂层对于调制周期与调制比十分敏感，“共格模板”效应的发挥区间窗口也很窄，这限制了在实际生产过程中的应用，一旦沉积靶材随时间消耗后，在同样的沉积工艺下调制周期也将发生变化，进而跳出了“共格模板”效应窗口，此时反而会带来涂层整体性能的恶化。
[0004]以上报道的刀具涂层改性方法均未能实现涂层强韧耐磨耐高温一体化，刀具涂层的热稳定性、抗氧化性及减摩效应等有待进一步改善。

技术实现思路

[0005]鉴于目前存在的上述不足，本专利技术提供一种切削用m(AlTiNbN/AlTiON)+AlTiCON多层复合涂层及制备方法，克服传统硬质涂层耐磨性与强韧性不可兼具、高温稳定性不足的缺点，制备出耐磨性好、抗氧化性好、高温力学性能优异的切削刀具涂层。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术提供切削用m(AlTiNbN/AlTiON)+AlTiCON多层复合涂层，所述多层复合涂层沉积在刀具基体上，所述刀具基体为粉末冶金法制备而成的硬质合金或金属陶瓷，所述复合涂层包括底层的m(Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
b
N/Al1‑
c
‑
d
Ti
c
O
d
N)涂层和位于m(Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
b
N/Al1‑
c
‑
d
Ti
c
O
d
N)涂层上的Al1‑
x
‑
y
Ti
x
C
y
O
z～0
N1‑
z～1
涂层；其中，所述m(Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
b
N/Al1‑
c
‑
d
Ti
c
O
d
N)涂层由Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
b
N涂层与Al1‑
c
‑
d
Ti
c
O
d
N涂层多周期交替沉积而成，m为周期数；所述Al1‑
x
‑
y
Ti
x
C
y
O
z～0
N1‑
z～1
为O/N化学计量比梯度降低的梯度层。
[0007]依照本专利技术的一个方面，所述Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
b
N涂层中的Ti原子百分比为0.2≤a≤0.6，Nb原子百分比为0.01≤b≤0.2，Al原子百分比为0.3≤1
‑
a
‑
b≤0.6。
[0008]依照本专利技术的一个方面，所述Al1‑
c
‑
d
Ti
c
O
d
N涂层中的Ti原子百分比为0.3≤c≤0.6，O原子百分比为0.01≤d≤0.1，Al原子百分比为0.3≤1
‑
c
‑
d≤0.6。
[0009]依照本专利技术的一个方面，所述Al1‑
x
‑
y
Ti
x
C
y
O
z～0
N1‑
z～1
涂层中的Ti原子百分比为0.3≤x≤0.6，C原子百分比为0.01≤y≤0.1，Al原子百分比为0.3≤1
‑
x
‑
y≤0.6，O原子化学计量比变化范围z～0为0.1～1，对应地N原子化学计量比1
‑
z～1为1～0.9。
[0010]依照本专利技术的一个方面，所述m(Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
b
N/Al1‑
c
‑
d
Ti
c
O
d
N)涂层中的周期数为1≤m≤1000，所述Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
b
N涂层、Al1‑
c
‑
d
Ti
c
O
d
N涂层的单层厚度不低于0.001μm，m(Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
b
N/Al1‑
c
‑
d
Ti
c
O
d
N)涂层的厚度为0.5～3μm。
[0011]依照本专利技术的一个方面，所述O/N化学计量比梯度降低的梯度层具体为控制总的工作压力不变，逐渐降低O2/N2气体流量比来实现。
[0012]依照本专利技术的一个方面，所述多层复合涂层采用物理气相沉积制得。
[0013]基于同一个专利技术构思，本专利技术还提供了上述切削用m(AlTiNbN/AlTiON)+AlTiCON多层复合涂层的制备方法，包括本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切削用m(AlTiNbN/AlTiON)+AlTiCON多层复合涂层，所述多层复合涂层沉积在刀具基体上，其特征在于，所述刀具基体为粉末冶金法制备而成的硬质合金或金属陶瓷，所述复合涂层包括底层的m(Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
b
N/Al1‑
c
‑
d
Ti
c
O
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N)涂层和位于m(Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
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N/Al1‑
c
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d
Ti
c
O
d
N)涂层上的Al1‑
x
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y
Ti
x
C
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O
z～0
N1‑
z～1
涂层；其中，所述m(Al1‑
a
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b
Ti
a
Nb
b
N/Al1‑
c
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d
Ti
c
O
d
N)涂层由Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
b
N涂层与Al1‑
c
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d
Ti
c
O
d
N涂层多周期交替沉积而成，m为周期数；所述Al1‑
x
‑
y
Ti
x
C
y
O
z～0
N1‑
z～1
为O/N化学计量比梯度降低的梯度层。2.根据权利要求1所述的切削用m(AlTiNbN/AlTiON)+AlTiCON多层复合涂层，其特征在于，所述Al1‑
a
‑
b
Ti
a
Nb
b
N涂层中的Ti原子百分比为0.2≤a≤0.6，Nb原子百分比为0.01≤b≤0.2，Al原子百分比为0.3≤1
‑
a
‑
b≤0.6。3.根据权利要求1所述的切削用m(AlTiNbN/AlTiON)+AlTiCON多层复合涂层，其特征在于，所述Al1‑
c
‑
d
Ti
c
O
d
N涂层中的Ti原子百分比为0.3≤c≤0.6，O原子百分比为0.01≤d≤0.1，Al原子百分比为0.3≤1
‑
c
‑
d≤0.6。4.根据权利要求所述1的切削用m(AlTiNbN/AlTiON)+AlTiCON多层复合涂层，其特征在于，所述Al1‑
x
‑
y
Ti
x
C
y
O
z～0
N1‑
z～1
涂层中的Ti原子百分比为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华栋，林孝良，高江雄，俞洋，
申请(专利权)人：株洲华锐精密工具股份有限公司，
类型：发明
国别省市：