一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法技术

本发明专利技术属于合金铣刀片的制备领域，具体涉及一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法，具体步骤包括沉积技术的确认、靶材的确定、合金铣刀片的选择与前处理过程、合金铣刀片的放置和镀膜工艺的确定，镀膜过程为先进行基体离子清洗，然后在离子刻蚀后的合金铣刀片基体上依次沉积TiAlN膜层、TiAlZrN过渡层和ZrN膜层，通过该方法制备的合金铣刀片高温稳定性强、结合力好，具有2300

【技术实现步骤摘要】
一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法


[0001]本专利技术属于合金铣刀片的制备领域，具体涉及一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法。

技术介绍

[0002]随着制造技术的进步，机械加工不断向高精化、高速化方向发展，在机械加工领域，机械制造整体工作量中切削加工负担了大部分工作，具有举足轻重的地位，而切削加工对于以加工表面的质量好坏有直接的影响，进而影响到零部件的使用性能。304不锈钢具有强度高、耐磨性好、抗腐蚀性能优异的特点，因此在建材、工业等行业得到了广泛应用，属于典型的难加工材料，故其可切削加工性差，给实际切削加工带来难题。由于涂层处理可提高加工效率和精度，有延长刀具使用寿命、降低加工成本的效果，因此涂层刀具在金属切削加工中的应用越来越广泛。
[0003]TiAlN涂层在高于800℃是发生调幅分解成亚稳态的富Ti立方相c
‑
Ti(Al)N和富Al立方相c
‑
Al(TiN)而产生时效硬化现象，但高于1000℃时上述亚稳态又会向其稳定相c
‑
TiN和w
‑
AlN转变，导致涂层力学性能下降，但是TiAlN涂层的抗氧化温度较低，约在800℃左右，高速切削加工刀具刃口温度在1000℃以上，超过了TiAlN的服役温度。Zr元素可提高TiAlN涂层的热稳定性和高温抗氧化性以及减少积屑瘤。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法。<br/>[0005]本专利技术的技术方案是：
[0006]一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法，依次包括以下步骤：
[0007]步骤1)沉积技术的确认：
[0008]采用多弧离子镀技术来镀覆TiAlZrN纳米复合涂层合金铣刀片；
[0009]步骤2)靶材的确定：
[0010]采用12个靶材作为阴极弧源靶，包括8个TiAl合金靶和4个Zr合金靶，将12个靶材分别置于镀膜室壁上相应的弧源位置，靶材纯度均达到99.95％，镀膜过程中根据工艺启动合金靶；
[0011]步骤3)合金铣刀片的选择与前处理过程：
[0012]选择合金铣刀片作为镀膜基体，放在镀膜室进行镀膜操作前，使用金属清洗剂对合金铣刀片进行超声波去油、去污处理，然后90℃烘干以备后续沉积涂层，得到洁净的基体；
[0013]步骤4)合金铣刀片的放置：
[0014]采用刀片自转的旋转方式，合金铣刀片含刀片隔珠间距为8
‑
16mm，合金铣刀片所在挂具杆上下空余不超过35mm；
[0015]步骤5)镀膜：
[0016]首先进行基体离子清洗，然后在离子刻蚀后的合金铣刀片基体上依次沉积TiAlN膜层、TiAlZrN过渡层和ZrN膜层。
[0017]进一步的，上述的一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法，步骤2)所述TiAl合金靶的Ti：Al的原子比为33:67。
[0018]进一步的，上述的一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法，步骤5)所述基体离子清洗的具体工艺为：设定温度450
‑
600℃，在镀膜室本底真空达到(3
‑
7)
×
10
‑3Pa时，将镀膜室充入氩气，保证其压强达到(2
‑
4)
×
10
‑1Pa，启用两个离子刻蚀靶，进行离子清洁，靶电流选取范围为140
‑
150A，保证转架负偏压为120
‑
150V，脉冲频率为10
‑
70KHz、脉冲占空比40％
‑
95％范围内进行离子清洁，时间为60
‑
100min。
[0019]进一步的，上述的一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法，步骤5)所述依次沉积TiAlN膜层、TiAlZrN过渡层和ZrN膜层的具体工艺为：
[0020]沉积TiAlN膜层：镀膜室内保证1400
‑
1500sccm的N2，启动8个TiAl靶，于基体上沉积TiAlN涂层，TiAl靶的靶电流为180
‑
200A，基体负偏压为50
‑
90V，沉积时间为60
‑
70min；
[0021]沉积TiAlZrN过渡层：保证真空室内1500
‑
1600sccm的N2，TiAl靶保持不变，开启4个Zr靶，于TiAlN膜层上沉积ZrN膜层，TiAl靶的靶电流为180
‑
200A，Zr靶的靶电流为160
‑
180A，基体负偏压为80
‑
100V，沉积时间为5
‑
10min；
[0022]沉积ZrN膜层：向真空室内充入1000
‑
1300sccm的N2，关闭TiAl靶，保证4个Zr靶正常运行，于TiAlZrN膜层上沉积ZrN膜层，Zr靶的靶电流为160
‑
180A，基体负偏压为80
‑
100V的，沉积时间为50
‑
80min。
[0023]本专利技术的优点及有益效果：
[0024]本专利技术制备的合金铣刀片高温稳定性强、结合力好，具有2300
‑
2400HV的超高硬度，可以在950
‑
1100℃下进行高温切削，涂层有效地减少了积削瘤粘连问题，提高刀片使用寿命。
附图说明
[0025]图1为TiAlZrN纳米复合涂层的分层示意图；
[0026]图2为TiAlZrN纳米复合涂层的洛氏压痕形貌示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合说明书附图和实施例是对本专利技术做进一步详细描述。
[0028]实施例1.
[0029]TiAlZrN纳米复合涂层镀覆SPMT120408合金铣刀片的制备方法，包括以下步骤：
[0030]步骤1)沉积技术的确认：
[0031]采用多弧离子镀技术来镀覆TiAlZrN纳米复合涂层SPMT120408合金铣刀片；
[0032]步骤2)靶材的确定：
[0033]采用12个靶材作为阴极弧源靶，包括8个TiAl合金靶和4个Zr合金靶，TiAl合金靶的Ti：Al的原子比为33:67，将12个靶材分别置于镀膜室壁上相应的弧源位置，靶材纯度均达到99.95％，镀膜过程中根据工艺启动合金靶；
[0034]步骤3)合金铣刀片的选择与前处理过程：
[0035]选择SPMT120408合金铣刀片作为镀膜基体，放在镀膜室进行镀膜操作前，使用金属清洗剂对SPMT120408合金铣刀片进行超声波去油、去污处理，然后90℃烘干以备后续沉积涂层，得到洁净的基体；
[0036]步骤4)合金铣刀片的放置：
[0037]采用刀片本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法，其特征在于，依次包括以下步骤：步骤1)沉积技术的确认：采用多弧离子镀技术来镀覆TiAlZrN纳米复合涂层合金铣刀片；步骤2)靶材的确定：采用12个靶材作为阴极弧源靶，包括8个TiAl合金靶和4个Zr合金靶，将12个靶材分别置于镀膜室壁上相应的弧源位置，靶材纯度均达到99.95％，镀膜过程中根据工艺启动合金靶；步骤3)合金铣刀片的选择与前处理过程：选择合金铣刀片作为镀膜基体，放在镀膜室进行镀膜操作前，使用金属清洗剂对合金铣刀片进行超声波去油、去污处理，然后90℃烘干以备后续沉积涂层，得到洁净的基体；步骤4)合金铣刀片的放置：采用刀片自转的旋转方式，合金铣刀片含刀片隔珠间距为8
‑
16mm，合金铣刀片所在挂具杆上下空余不超过35mm；步骤5)镀膜：首先进行基体离子清洗，然后在离子刻蚀后的合金铣刀片基体上依次沉积TiAlN膜层、TiAlZrN过渡层和ZrN膜层。2.根据权利要求1所述的一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法，其特征在于，步骤2)所述TiAl合金靶的Ti：Al的原子比为33:67。3.根据权利要求1所述的一种TiAlZrN纳米复合涂层镀覆合金铣刀片的制备方法，其特征在于，步骤5)所述基体离子清洗的具体工艺为：设定温度450
‑
600℃，在镀膜室本底真空达到(3
‑
7)
×
10
‑3Pa时，将镀膜室充入氩气，保证其压强达到(2
‑
4)
×
10
‑1Pa，启用两个离子刻蚀靶，进行离子清洁，靶电流选取范围为140
‑
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【专利技术属性】
技术研发人员：白海萍，李永皓，张露馨，王海，关力，
申请(专利权)人：沈阳乐贝真空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：