氮化物结合氧化物双涂层的制备方法及涂层刀具技术

本发明专利技术公开了一种氮化物结合氧化物双涂层的制备方法及涂层刀具，涂层刀具包括基体、氮化物涂层和氧化物涂层，氮化物涂层设置在基体上，氮化物涂层表面经过离子轰击处理，氧化物涂层设置在氮化物涂层上。制备方法包括如下流程：将基体装载至反应腔中；反应腔抽真空，加热，对基体进行离子清洗；利用物理气相沉积技术在基体上沉积氮化物涂层；对氮化物涂层进行离子轰击；利用物理气相沉积技术在氮化物涂层上沉积氧化物涂层。在基体上沉积氮化物涂层后，利用离子轰击的方式处理氮化物涂层的表面，增加氮化物涂层表面的粗糙度，以便增加之后所沉积的氧化物涂层的结合强度，从而提高涂层刀具的耐磨性和切削寿命。本发明专利技术可广泛应用于刀具技术领域。于刀具技术领域。于刀具技术领域。

【技术实现步骤摘要】
氮化物结合氧化物双涂层的制备方法及涂层刀具


[0001]本专利技术涉及刀具
，特别涉及一种氮化物结合氧化物双涂层的制备方法及涂层刀具。

技术介绍

[0002]在切削过程中，涂层刀具在工作条件较为苛刻，要想充分发挥涂层刀具的优势，除刀具涂层自身具备有优异的性能(如高硬度、低摩擦、耐氧化等)，涂层与基体之间的结合强度是重要基础。由于氧化物与基体材料热膨胀系数存在差异(如硬质合金热膨胀系数为6
×
10
‑6/℃，而氧化铝的热膨胀系数为8.5
×
10
‑6/℃)，若直接在基体上沉积氧化物，可能会存在结合力差的问题，因此氧化物涂层在沉积过程中常用氮化物涂层作为底层，从而提升结合强度。
[0003]氮化物涂层上的引入虽然解决涂层与基体之间结合强度差的问题，但是由于在氮化物与氧化物交替处引入了一个新的界面，因此二者的界面结合强度也会严重制约涂层的性能。目前，解决氮化物和氧化物界面结合的常用方法是插入梯度的氧氮化物涂层上，但是该方法过程较为复杂，需要筛选合适的梯度层厚度，且沉积过程中要不断调控氧氮比例，因此工艺过程较为复杂、控制难度大。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题中的至少之一，本专利技术提供一种氮化物结合氧化物双涂层的制备方法及涂层刀具，所采用的技术方案如下。
[0005]本专利技术所提供的涂层刀具包括基体、氮化物涂层和氧化物涂层，所述氮化物涂层设置在所述基体上，所述氮化物涂层具有Ti、Cr、Zr、Al、Si中的至少一种元素；所述氧化物涂层设置在所述氮化物涂层上，所述氧化物涂层具有Ti、Cr、Zr、Al、Si中的至少一种元素；其中，所述氮化物涂层表面经过离子轰击处理。
[0006]本专利技术的某些实施例中，所述氮化物涂层的厚度为1至6μm，所述氧化物涂层的厚度为1至3μm。
[0007]本专利技术的某些实施例中，所述氮化物涂层中氮含量为45至55at.％，所述氧化物涂层中氧含量为55至65at.％。
[0008]本专利技术的某些实施例中，所述氮化物涂层中氮化物的结构式为TiAlN，其中，Al：15至35at.％，Ti：15至35at.％，N：45至55at.％。
[0009]本专利技术的某些实施例中，所述氮化物涂层中氮化物的结构式为CrAlN，其中，Al：15至35at.％，Cr：15至30at.％，N：45至55at.％。
[0010]本专利技术的某些实施例中，所述氮化物涂层中氮化物的结构式为TiAlCrN，其中，Ti：10至20at.％，Al：15至25at.％，Cr：10至25at.％，N：45至55at.％。
[0011]本专利技术的某些实施例中，所述氧化物涂层中氧化物的结构式为CrAlO，其中，Al：15至30at.％，Cr：10至25at.％，O：55至65at.％。
[0012]本专利技术所提供的氮化物结合氧化物双涂层的制备方法包括如下流程：将基体装载至反应腔中；反应腔抽真空，加热，对基体进行离子清洗；通入氮气，利用物理气相沉积技术在基体上沉积氮化物涂层；反应腔抽真空，通入惰性气体，开启离子源，对氮化物涂层进行离子轰击；反应腔抽真空，通入氧气，利用物理气相沉积技术在氮化物涂层上沉积氧化物涂层。
[0013]本专利技术的某些实施例中，沉积氮化物涂层的参数：电弧靶的靶电流密度为0.5～2.0A/cm2、偏压为
‑
50～
‑
150V、气压至1.0～3.0Pa；离子轰击的参数：离子源的输出功率为2～5KW，偏压为
‑
400～
‑
800V、气压为0.6～3.0Pa；沉积氧化物涂层的参数：电弧靶的靶电流密度为0.5～1.5A/cm2、偏压为
‑
100～
‑
200V、气压为0.6～2.0Pa。
[0014]本专利技术的某些实施例中，离子轰击的时长为10～60min，轰击后的氮化物涂层表面粗糙度为50～250nm。
[0015]本专利技术的实施例至少具有以下有益效果：在基体上沉积氮化物涂层后，采用离子轰击的方式处理氮化物涂层的表面，增加氮化物涂层表面的粗糙度，以便增加之后所沉积的氧化物涂层的结合强度，从而提高涂层刀具的耐磨性和切削寿命。本专利技术可广泛应用于刀具

附图说明
[0016]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。
[0017]图1为实施例1中TiAlN/CrAlO双涂层(b)与对比例1中未经过离子轰击的TiAlN/CrAlO双涂层(a)的扫描电镜图的对比。
[0018]图2为实施例1中经过不同时间的离子轰击处理后TiAlN层的粗糙度变化图。
[0019]图3为实施例1中TiAlN/CrAlO双涂层与对比例1中涂层结合力性能测试结果图。
[0020]图4为实施例1中TiAlN/CrAlO双涂层与对比例1中涂层进行摩擦试验后的二维磨损轮廓以及磨损率。
[0021]图5为具有实施例1中TiAlN/CrAlO双涂层的涂层刀具与常规TiAlN涂层刀具的切削寿命对比图。
[0022]图6为本专利技术中氮化物/CrAlO双涂层的结构示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合图1至图6详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0024]在本专利技术的描述中，需要理解的是，若出现术语“中心”、“中部”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，限定
有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0025]在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。
[0026]本专利技术涉及一种涂层刀具，涂层刀具包括基体、氮化物涂层和氧化物涂层，具体地，氮化物涂层设置在基体上，氮化物涂层的表面经过离子轰击，氧化物涂层设置在氮化物涂层上。
[0027]可以理解的是，涂层刀具表面具有双涂层结构，机械性能良好，且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涂层刀具，其特征在于：包括基体；氮化物涂层，所述氮化物涂层设置在所述基体上，所述氮化物涂层具有Ti、Cr、Zr、Al、Si中的至少一种元素；氧化物涂层，所述氧化物涂层设置在所述氮化物涂层上，所述氧化物涂层具有Ti、Cr、Zr、Al、Si中的至少一种元素；其中，所述氮化物涂层表面经过离子轰击处理。2.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于：所述氮化物涂层的厚度为1至6μm，所述氧化物涂层的厚度为1至3μm。3.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于：所述氮化物涂层中氮含量为45至55at.％，所述氧化物涂层中氧含量为55至65at.％。4.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于：所述氮化物涂层中氮化物的结构式为TiAlN，其中，Al：15至35at.％，Ti：15至35at.％，N：45至55at.％。5.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于：所述氮化物涂层中氮化物的结构式为CrAlN，其中，Al：15至35at.％，Cr：15至30at.％，N：45至55at.％。6.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于：所述氮化物涂层中氮化物的结构式为TiAlCrN，其中，Ti：10至20at.％，Al：15至25at.％，Cr：10至25at.％，N：45至55at.％。7.根据权利要求1至6任一项所述的涂层刀具，其特征在于：所述氧化物涂层中氧化物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许雨翔，耿东森，王启民，彭滨，范江滔，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：