一种差异化织构重构涂层刀具及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种差异化织构重构涂层刀具及其制备方法，属于机械切削刀具制造技术领域，该差异化织构重构涂层刀具包括：基体，具有第一刀面与第二刀面；基础涂层，包括内层与外层，连续覆盖于第一刀面与第二刀面上；应力调控过渡涂层，位于第一刀面或第二刀面的基础涂层上，通过去除一定厚度的基础涂层外层得到；重构涂层，覆盖于应力调控过渡涂层上，重构涂层与基础涂层之间形成差异化的晶粒择优取向。本发明专利技术第一刀面的基础涂层顶层和第二刀面重构涂层具有不同的择优取向，使得涂层性能更适应第一刀面和第二刀面摩擦磨损特征；在非遮挡刀面处重构涂层的择优取向与基础涂层择优取向呈现出折线式特征，达到细化晶粒、进一步改善涂层性能的目标。善涂层性能的目标。善涂层性能的目标。

【技术实现步骤摘要】
一种差异化织构重构涂层刀具及其制备方法


[0001]本专利技术涉及机械切削刀具制造
，特别涉及一种差异化织构重构涂层刀具及其制备方法。

技术介绍

[0002]涂层晶粒择优取向(织构)用于刀具涂层可改善取向方向力学、摩擦性能和切削性能。中国专利技术专利申请CN109312474A公开如下内容，利用α
‑
Al2O3涂层与TiCN涂层组合，且α
‑
Al2O3层表现出织构系数TC(0012)≥7.2，以提升刀具的切削性能。美国专利技术专利文献US2020/0095675A1公开如下内容，Al2O3涂层拥有如下择优取向特征：I(0012)/I(113)>1，I(0012)/I(116)>1，I(0012)/I(024)>1，降低刀具的摩擦磨损性能。
[0003]硬质合金涂层刀具高速干切削球墨铸铁、合金钢等时，在前刀面与后刀面处，热与机械耦合应力引起裂纹在涂层中产生与扩展，导致涂层剥落和破损；同时，已加工表面与后刀面剧烈挤压摩擦，致使已加工表面产生加工硬化、形成表面变质层。因此高速干切削球墨铸铁、合金钢等伴随着摩擦磨损加剧、涂层寿命下降、已加工表面质量难以满足用户要求的问题。
[0004]为提升刀具切削性能、降低涂层刀具摩擦磨损，在不同刀面差异化涂层织构调控策略方面还缺乏系统性研究。若通过合理调控涂层择优取向，实现不同刀面织构的最佳匹配，有望为涂层刀具带来新的研究思路。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于解决现有技术中的上述问题。本专利技术提供了一种差异化织构重构涂层刀具及其制备方法，可形成在第一刀面以提高抗磨损性、第二刀面以改善已加工表面质量为目标的织构组合；延长刀具服役寿命、提高加工效率的同时改善已加工表面质量。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式公开了一种差异化织构重构涂层刀具，包括：
[0007]基体，具有第一刀面与第二刀面；
[0008]基础涂层，包括内层与外层，所述基础涂层连续覆盖于所述第一刀面与第二刀面上；
[0009]应力调控过渡涂层，位于所述第一刀面或第二刀面的基础涂层上，所述应力调控过渡涂层通过去除所述第一刀面或第二刀面上一定厚度的基础涂层外层得到；
[0010]重构涂层，覆盖于所述应力调控过渡涂层上，所述重构涂层与所述基础涂层之间形成差异化的晶粒择优取向；
[0011]所述基础涂层上未形成所述应力调控过渡涂层的区域覆盖有遮盖层。
[0012]遮盖层在重构涂层时对刀具其他表面进行遮挡，达到只涂覆特定刀面的效果。
[0013]其中，所述第一刀面为刀具前刀面，第二刀面为刀具后刀面。
[0014]本专利技术将织构重构设计思路引入涂层刀具设计领域，通过差异化前
‑
后刀面择优
取向，形成在前刀面以提高抗磨损性、后刀面以改善已加工表面质量为目标的织构组合。
[0015]进一步，所述重构涂层与基础涂层外层的成分相同，重构涂层的择优取向与基础涂层外层的择优取向呈现出折线式特征；
[0016]所述第一刀面的涂层择优取向与第二刀面的涂层择优取向出现差异。
[0017]进一步，所述基础涂层上未覆盖所述重构涂层与所述遮盖层的区域涂覆有取向不变涂层，所述取向不变涂层、所述遮盖层与所述重构涂层之间连续设置。
[0018]进一步，所述重构涂层的成分选自TiCN、Al2O3、TiN、TiB2、TiBN、ZrN、ZrC、ZrCN、SiC中的一种或多种。
[0019]进一步，所述基体包括硬质合金刀具，按重量百分比计，所述基体的成分为79％WC+15％TiC+6％Co或94％WC+6％Co；
[0020]所述基础涂层成分包括TiCN和Al2O3。
[0021]本专利技术还公开了上述差异化织构重构涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
[0022](1)选择基体材料；
[0023](2)在所述基体上涂覆TiCN和Al2O3形成基础涂层；
[0024](3)在所述基础涂层上部分涂覆遮盖层；
[0025](4)采用机械处理的方式去除一定厚度的未涂覆有遮盖层的基础涂层外层，形成应力调控过渡涂层；
[0026](5)通过CVD技术涂覆重构涂层：首先差异化择优取向Al2O3成核，再经差异化择优取向Al2O3涂覆，得到所述重构涂层。
[0027]采用机械处理的方式去除基础涂层外层部分涂层，形成应力调控过渡涂层，本专利技术可应用于硬质合金刀具材料，本专利技术制备的织构重构涂层刀具，可解决高速干切削球墨铸铁、合金钢等带来的摩擦磨损加剧、涂层寿命下降、已加工表面质量难以满足用户要求的问题。
[0028]遮盖层在重构涂层时对刀具其他表面进行遮挡，达到只涂覆特定刀面的效果。
[0029]进一步，步骤(5)中，所述差异化择优取向Al2O3成核过程中，控制成核温度为1000
‑
1050℃，压力为60
‑
90mbar，沉积时间为10
‑
30min；H2、N2、AlCl3、CO2、HCl和CO体积百分比分别为80
‑
90％、5
‑
10％、0.5
‑
2％、1
‑
5％、1.5
‑
3％和0.1
‑
1％。
[0030]进一步，步骤(5)中，所述差异化择优取向Al2O3涂覆过程中，控制温度为1000
‑
1050℃，压力为60
‑
90mbar，沉积时间为100
‑
300min；H2、N2、AlCl3、CO2、HCl、H2S和CO体积百分比分别为80
‑
90％、5
‑
20％、0.5
‑
5％、1
‑
5％、1.5
‑
3％、0.1
‑
1％和0.1
‑
1％；其中H2S与CO2的体积比大于0.08且小于0.11。
[0031]进一步，步骤(2)中，TiCN涂覆参数为：控制温度850
‑
880℃，压力60
‑
90mbar，沉积时间300
‑
450min，H2、N2、TiCl4和CH3CN体积百分比分别为50
‑
85％、5
‑
40％、1
‑
4％和0.1
‑
1％；
[0032]Al2O3成核参数为：控制温度1000
‑
1050℃，压力60
‑
90mbar，沉积时间10
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25min，H2、N2、AlCl3、CO2、HCl和CO体积百分比分别为80
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90％、5
‑
10％、0.5
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2％、1
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5％、1.5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种差异化织构重构涂层刀具，其特征在于，包括：基体，具有第一刀面与第二刀面；基础涂层，包括内层与外层，所述基础涂层连续覆盖于所述第一刀面与第二刀面上；应力调控过渡涂层，位于所述第一刀面或第二刀面的基础涂层上，所述应力调控过渡涂层通过去除所述第一刀面或第二刀面上0.2
‑
0.3μm的基础涂层外层得到；重构涂层，覆盖于所述应力调控过渡涂层上，所述重构涂层与所述基础涂层之间形成差异化的晶粒择优取向；所述基础涂层上未形成所述应力调控过渡涂层的区域覆盖有遮盖层。2.如权利要求1所述的差异化织构重构涂层刀具，其特征在于，所述重构涂层与基础涂层外层的成分相同，重构涂层的择优取向与基础涂层外层的择优取向呈现出折线式特征；所述第一刀面的涂层择优取向与第二刀面的涂层择优取向出现差异。3.如权利要求1所述的差异化织构重构涂层刀具，其特征在于，所述基础涂层上未覆盖所述重构涂层与所述遮盖层的区域涂覆有取向不变涂层，所述取向不变涂层、所述遮盖层与所述重构涂层之间连续设置。4.如权利要求1所述的差异化织构重构涂层刀具，其特征在于，所述重构涂层的成分选自TiCN、Al2O3、TiN、TiB2、TiBN、ZrN、ZrC、ZrCN、SiC中的一种或多种。5.如权利要求1所述的差异化织构重构涂层刀具，其特征在于，所述基体包括硬质合金刀具，按重量百分比计，所述基体的成分为79％WC+15％TiC+6％Co或94％WC+6％Co；所述基础涂层成分包括TiCN和Al2O3。6.一种权利要求1
‑
5任一项所述的差异化织构重构涂层刀具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)选择基体；(2)在所述基体上涂覆TiCN和Al2O3形成基础涂层；(3)在所述基础涂层上部分涂覆遮盖层；(4)采用机械处理的方式去除一定厚度的未涂覆有遮盖层的基础涂层外层，形成应力调控过渡涂层；(5)通过CVD技术涂覆重构涂层：首先差异化择优取向Al2O3成核，再经差异化择优取向Al2O3涂覆，得到所述重构涂层。7.如权利要求6所述的差异化织构重构涂层刀具的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述差异化择优取向Al2O3成核过程中，控制成核温度为1000
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1050℃，压力为60
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90mbar，沉积时间为10
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30min；H2、N2、AlCl3、CO2、HCl和CO体积百分比分别为80
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90％、5
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10％、0.5
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2％、1
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5％、1.5
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3％和0.1
‑
1％。8.如权利要求6所述的差异化织构重构涂层刀具的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述差异化择优取向Al2O3涂覆过程中，控制温度为1000
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1050℃，压力为60
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90mbar，沉积时间为100
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300min；H2、N2、AlCl3、CO2、HCl、H2S和CO...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙军龙，李志贞，徐欣，薛冲，常文程，杨帆，王锡腾，邵凯，张伟，
申请(专利权)人：烟台艾迪锐能超硬刀具有限公司，
类型：发明
国别省市：