一种切削铝合金用多层结构刀具涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种切削铝合金用多层结构刀具涂层及其制备方法，属于刀具涂层制备技术领域。本发明专利技术采用等离子体轰击基底表面，增加了基底表面的粗糙度、提高基底表面的活性，再采用溅射打底和化学气相沉积，在刀具上制备基体结合层和氮化铬

【技术实现步骤摘要】
一种切削铝合金用多层结构刀具涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于刀具涂层制备
，具体地，涉及一种切削铝合金用多层结构刀具涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着现代制造业的快速发展，越来越多的难加工材料被用于制造结构部件，传统的切削刀具已很难适用于新材料的加工。近年来，具有涂层的切削铝合金用刀具因其优异的切削性能和广阔的发展前景，逐渐在市场上崭露头角。但切削铝合金用的涂层刀具在工业化应用过程中面临着两个主要的发展局限：涂层与刀具基底间结合强度不足和涂层表面耐磨性较弱。为解决涂层刀具的发展问题，我们提出首先要提高涂层的粘附性，而这其中的关键是提高中间层与刀具基底间的结合强度。
[0003]基于此，我们丞需提供一种刀具涂层，以解决现有切削铝合金用的涂层刀具缺点。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种切削铝合金用多层结构刀具涂层及其制备方法，采用等离子体轰击基底表面，增加了基底表面的粗糙度、提高基底表面的活性，再采用溅射打底和化学气相沉积，在刀具上制备基体结合层和氮化铬
‑
碳化硅
‑
钼涂层并以之作为中间层，接着再在中间层上沉积四面体非晶碳膜，以多层结构的存在使得单层涂层中因化学成分差异而存在的内应力得以缓解，并提供更大的位错阻力，有效阻碍裂纹的扩展，进一步提高涂层的韧性，进而提高涂层的结合强度，制得一种具有优异结合强度、硬度高和耐磨性的多层结构刀具涂层，解决了现有技术中多层结构刀具涂层其结合强度、硬度和耐磨性弱的问题。
>[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
[0006]一种切削铝合金用多层结构刀具涂层，所述多层结构刀具涂层包括基体结合涂层，所述基体结合涂层布设在刀具试样表面，所述基体结合涂层上还依次布设有第一中间涂层、第二中间涂层、第三中间涂层和表面涂层。
[0007]一种切削铝合金用多层结构刀具涂层的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0008]S10、准备刀具试样，并对其进行预处理，得到预处理后基体；
[0009]S20、将预处理后基体放入反应室内，将反应室抽真空并通入气体将其充满，重复该步骤2次，充满后调节进气阀门，然后射频电源放电进行等离子体轰击基底表面，得到等离子处理后基底；
[0010]S30、将等离子处理后基底依次制备涂层；
[0011]S40、涂层制备完成后，停止反应，将炉内温度降至室温，取出，即得成品。
[0012]进一步地，步骤S10所述预处理步骤为：对刀具试样表面进行去油、砂纸研磨和抛光，然后采用酒精清洗表面，再进行20
‑
30min的超声波清洗、控温100
‑
110℃烘干。
[0013]进一步地，步骤S20所述反应室为等离子体设备的反应室；所述气体为氩气；所述调节进气阀门为调节进气阀门使反应室真空度稳定在50
‑
100Pa；所述射频电源放电的频率
为13
‑
15Mhz，功率为1
‑
1.2kW；所述等离子体为氧等离子体或者氩等离子体中的一种，且与反应室内通入气体元素一致。
[0014]进一步地，步骤S20所述等离子体轰击的时间为10
‑
15min；
[0015]进一步地，步骤S30所述制备涂层为：
[0016]S31、制备基体结合涂层：向炉腔内通入氩气，调节铬靶材的溅射电压和偏压，进行铬涂层溅射，即为基体结合涂层；
[0017]S32、制备第一中间涂层：向炉腔内通入氮气，调节铬靶材的溅射电压和偏压，进行氮化铬涂层溅射，即为第一中间涂层；
[0018]S33、制备第二中间涂层：采用乙炔、甲硅烷和氢气组成的混合气体，调节炉内沉积压力和温度，进行碳化硅涂层沉积，即为第二中间涂层；
[0019]S34、制备第三中间涂层：采用钼和氩气组成的混合气体，调节炉内沉积压力和温度，进行钼涂层沉积，即为第三中间涂层；
[0020]S35、制备表面涂层：采用乙炔和氩气组成的混合气体，调节炉内沉积压力和温度，进行四面体非晶碳膜涂层沉积，即为表面涂层。
[0021]进一步地，步骤S31所述氩气流量为50
‑
80sccm；所述溅射电压和偏压分别为320
‑
350V和130
‑
150V；所述基体结合涂层的厚度为5
‑
10μm。
[0022]进一步地，步骤S32所述氮气流量为70
‑
100sccm；所述溅射电压和偏压分别为350
‑
360V和150
‑
170V；所述第一中间涂层厚度为8
‑
10μm。
[0023]进一步地，步骤S33所述炉内沉积压力和温度分别为5
‑
5.2kPa、温度1100
‑
1250℃；所述乙炔流量为3
‑
3.5mL/min，甲硅烷流量为9
‑
10mL/min；所述第二中间涂层厚度为6
‑
10μm。
[0024]进一步地，步骤S34所述炉内沉积压力和温度分别为35
‑
40Pa、850
‑
900℃；所述钼由钼粉末气化后由氩气带入；所述氩气流量为7
‑
8sccm；所述第三中间涂层厚度为8
‑
10μm。
[0025]进一步地，步骤S35所述炉内沉积压力为0.05
‑
1.3Pa，温度为80
‑
200℃；所述乙炔由氩气带入；所述氩气流量为50
‑
60sccm；所述表面涂层厚度为10
‑
20μm。
[0026]本专利技术的有益效果：
[0027](1)本专利技术采用等离子体轰击基底表面，增加了基底表面的粗糙度、提高基底表面的活性，再采用溅射打底和化学气相沉积，在刀具上制备基体结合层和氮化铬
‑
碳化硅
‑
钼涂层并以之作为中间层，接着再在中间层上沉积四面体非晶碳膜涂层，以多层结构的存在使得单层涂层中因化学成分差异而存在的内应力得以缓解，并提供更大的位错阻力，有效阻碍裂纹的扩展，进一步提高涂层的韧性，进而提高涂层的结合强度，制得一种具有优异结合强度、硬度高和耐磨性的多层结构刀具涂层，且其sp3键含量达70％以上。
[0028](2)本专利技术设有一层基体结合层以提高涂层与基体之间的结合力，由于在温度转换时，涂层会释放应力，导致基体与涂层之间的膨胀系数不一致，涂层较易脱落，但在涂层中溅射一层铬结合层打底会大大增加涂层与基体之间的结合力。其次，本专利技术的第一中间涂层为氮化铬涂层，能起到承上启下的作用，辅助基体结合层进一步提高第二、三中间涂层与基体层之间的结合力；将第二中间涂层设为碳化硅涂层，是以碳原子和硅原子之间以sp3键结合形成稳定的化合物，使得碳化硅具有高温稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种切削铝合金用多层结构刀具涂层，其特征在于，所述多层结构刀具涂层包括基体结合涂层，所述基体结合涂层布设在刀具试样表面，所述基体结合涂层上还依次布设有第一中间涂层、第二中间涂层、第三中间涂层和表面涂层。2.一种如权利要求1所述的切削铝合金用多层结构刀具涂层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：S10、准备刀具试样，并对其进行预处理，得到预处理后基体；S20、将预处理后基体放入反应室内，将反应室抽真空并通入气体将其充满，重复该步骤2次，充满后调节进气阀门，然后射频电源放电进行等离子体轰击基底表面，得到等离子处理后基底；S30、将等离子处理后基底依次制备涂层；S40、涂层制备完成后，停止反应，将炉内温度降至室温，取出，即得成品。3.根据权利要求2所述的一种切削铝合金用多层结构刀具涂层的制备方法，其特征在于，步骤S10所述预处理步骤为：对刀具试样表面进行去油、砂纸研磨和抛光，然后采用酒精清洗表面，再进行20
‑
30min的超声波清洗、控温100
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110℃烘干。4.根据权利要求2所述的一种切削铝合金用多层结构刀具涂层的制备方法，其特征在于，步骤S20所述反应室为等离子体设备的反应室；所述气体为氩气；所述调节进气阀门为调节进气阀门使反应室真空度稳定在50
‑
100Pa；所述射频电源放电的频率为13
‑
15Mhz，功率为1
‑
1.2kW；所述等离子体为氧等离子体或者氩等离子体中的一种，且与反应室内通入气体元素一致。5.根据权利要求2所述的一种切削铝合金用多层结构刀具涂层的制备方法，其特征在于，步骤S30所述制备涂层为：S31、制备基体结合涂层：向炉腔内通入氩气，调节铬靶材的溅射电压和偏压，进行铬涂层溅射，即为基体结合涂层；S32、制备第一中间涂层：向炉腔内通入氮气，调节铬靶材的溅射电压和偏压，进行氮化铬涂层溅射，即为第一中间涂层；S33、制备第二中间涂层：采用乙炔、甲硅烷和氢气组成的混合气体，调节炉内沉积压力和温度，进行碳化硅涂层沉积，即为第二中间涂层；S34、制备第三中间涂层：采用钼和氩气组成的混合气体，调节炉内沉积压力和温度，进行钼涂层沉积，即为第三中间涂层；S3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘成斌，汪亮明，
申请(专利权)人：东莞市普拉提纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：