一种抗高温氧化高耐磨涂层刀具及其制备方法技术

本发明专利技术涉及材料表面改性技术领域，且公开了一种抗高温氧化高耐磨涂层刀具及其制备方法，基体的外侧设置有结合层，结合层的外侧设有第一功能层，第一功能层的外侧设有第二功能层；通过制备(001)晶面择优取向生长的CrB2涂层，织构系数在3

【技术实现步骤摘要】
一种抗高温氧化高耐磨涂层刀具及其制备方法


[0001]本专利技术涉及材料表面改性
，具体为一种抗高温氧化高耐磨涂层刀具及其制备方法。

技术介绍

[0002]CrB2是一种六方结构的过渡族金属硼化物，空间群为P6/mmm，B原子在Cr基中形成二维网状结构，并与Cr原子面层叠分布。由于其具有熔点高、硬度高、优异高温稳定性和耐蚀性等特点，可作为理想的刀具和模具等保护性涂层材料之选。Dahm等(Dahm K.L,Jordan L.R,Dearnley P.A,etal.Magnetron sputter deposition of chromium diboride coatings[J].Surface&Coatings Technology,1998,108(98):413
‑
418.)最早于1998年采用CrB2陶瓷靶材，通过非平衡磁控溅射沉积技术制备了CrB2涂层，研究发现涂层硬度为42
‑
49GPa，达到超硬涂层水平，同时具有(001)晶面取向的CrB2涂层比(101)晶面取向的涂层具有更好的耐蚀性和耐磨性。随后Audronis等(Audronis M.,Kelly P.J,Arnell R.D,etal.The structure and properties of chromium diboride coatings deposited by pulsed magnetron sputtering of powder tragets[J].Surface&Coatings Technology,2005,200(5/6):1366
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1371.)采用脉冲磁控溅射沉积技术制备了CrB2涂层，研究发现脉冲占空比和基体偏压的增加促进了涂层中(001)晶面的形成，且增加了涂层硬度。Choi等(Choi H.S,Park B,Lee J.J,etal.CrB2 coatings deposited by inductively coupled plasma assisted DC magnetron sputtering[J].Surface&Coatings Technology,2007,202(4/5/6/7):982
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986.)采用电感耦合等离子辅助直流磁控溅射技术制备了CrB2涂层，研究表明随着电感耦合线圈功率的增加，涂层的生长取向由(101)转变为(001)方向，涂层硬度由30GPa增加到54GPa。但CrB2涂层硬度太高，易使涂层的脆性增大，不适合断续切削加工。
[0003]α
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Al2O3熔点高、高温化学稳定性好，在1200℃其硬度仍高达HRA80；用α
‑
Al2O3制作的刀具涂层高速切削时也不发生扩散和粘结磨损。采用无环境影响的物理气相沉积(PVD)法实现低温沉积α
‑
Al2O3涂层，一直是学者们的目标。低温沉积氧化铝的关键，是避免形成亚稳相氧化铝。因为氧化铝是良好的电绝缘材料，避免在化合物模式下靶表面打火(靶中毒)是用反应溅射沉积制备氧化铝的另一个关键问题。α
‑
Cr2O3与α
‑
Al2O3的晶体结构相同，晶格失配很小，力学性能相近且易于低温形成，氧化AlCr合金能显著降低α
‑
Al2O3的形成温度。Cr促低温形成α
‑
Al2O3的作用显著，使用AlCr合金作溅射靶材能促进低温形成α
‑
Al2O3。薄膜中包含的α
‑
Cr2O3与α
‑
Al2O3性能相近，且能互相固溶形成α
‑
(Al,Cr)2O3，保持与α
‑
Al2O3相近的性能。溅射Al
70
Cr
25
(α
‑
Al2O3)5复合靶可以在基体温度为550℃时得到富铝单相α
‑
(Al
0.74
Cr
0.26
)2O3纳米晶薄膜，其纳米压痕硬度30.2
±
1.7GPa。但现有大多数α
‑
(Al,Cr)2O3涂层硬度较低且小于35GPa，导致涂层的耐磨损性能不足，为了克服现有技术的缺点，为此，提出一种抗高温氧化高耐磨涂层刀具及其制备方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种抗高温氧化高耐磨涂层刀具及其制备方法，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种抗高温氧化高耐磨涂层刀具，包括基体，所述基体的外侧设置有结合层，所述结合层的外侧设有第一功能层，所述第一功能层的外侧设有第二功能层，所述第一功能层和第二功能层之间形成共格外延生长界面，所述基体为硬质合金、金属陶瓷、高速钢、聚晶金刚石、立方氮化硼中的一种或多种。
[0006]作为本技术方案进一步优选的：所述第一功能层织构系数的计算如下：
[0007]式中：I(hlk)为通过X射线衍射测量到的(hkl)晶面的反射强度，I0为根据PDF卡号34
‑
0369的衍射反射的标准强度，n为计算中所用的反射晶面的数目，所用的(hkl)反射晶面有(001)、(100)、(101)、(002)、(110)、(111)、(102)、(200)、(201)，所述第一功能层的硬度为35
‑
40GPa，所述第一功能层的厚度为2
‑
4μm，所述第一功能层沿(001)晶面择优取向生长。
[0008]作为本技术方案进一步优选的：所述第二功能层织构系数的计算如下：
[0009]式中：I(hlk)为通过X射线衍射测量到的(hkl)晶面的反射强度，I0为根据PDF卡号46
‑
1212的衍射反射的标准强度，n为计算中所用的反射晶面的数目，所用的(hkl)反射晶面有(012)、(104)、(110)、(006)、(113)、(202)、(024)、(116)、(300)、(1,0,10)，所述第二功能层的硬度不低于35GPa，所述第二功能层的厚度为1
‑
4μm，所述第二功能层沿(006)晶面择优取向生长。
[0010]作为本技术方案进一步优选的：所述结合层的厚度为0.1
‑
1.0μm。
[0011]作为本技术方案进一步优选的：所述第一功能层和第二功能层呈柱状晶生长，且晶粒尺寸为50
‑
300nm。
[0012]作为本技术方案进一步优选的：所述第一功能层的织构系数3≤TC(001)≤5。
[0013]作为本技术方案进一步优选的：所述第二功能层的织构系数TC(006)≥4。
[0014]作为本技术方案进一步优选的：所述结合层为Cr，所述第一功能层为密排六方结构CrB2，所述第二功能层为密排六方结构α
‑
(Al,本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗高温氧化高耐磨涂层刀具，包括基体，其特征在于：所述基体的外侧设置有结合层，所述结合层的外侧设有第一功能层，所述第一功能层的外侧设有第二功能层，所述第一功能层和第二功能层之间形成共格外延生长界面，所述基体为硬质合金、金属陶瓷、高速钢、聚晶金刚石、立方氮化硼中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的一种抗高温氧化高耐磨涂层刀具，其特征在于：所述第一功能层织构系数的计算如下：式中：I(hlk)为通过X射线衍射测量到的(hkl)晶面的反射强度，I0为根据PDF卡号34
‑
0369的衍射反射的标准强度，n为计算中所用的反射晶面的数目，所用的(hkl)反射晶面有(001)、(100)、(101)、(002)、(110)、(111)、(102)、(200)、(201)，所述第一功能层的硬度为35
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40GPa，所述第一功能层的厚度为2
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4μm，所述第一功能层沿(001)晶面择优取向生长。3.根据权利要求1所述的一种抗高温氧化高耐磨涂层刀具，其特征在于：所述第二功能层织构系数的计算如下：式中：I(hlk)为通过X射线衍射测量到的(hkl)晶面的反射强度，I0为根据PDF卡号46
‑
1212的衍射反射的标准强度，n为计算中所用的反射晶面的数目，所用的(hkl)反射晶面有(012)、(104)、(110)、(006)、(113)、(202)、(024)、(116)、(300)、(1,0,10)，所述第二功能层的硬度不低于35GPa，所述第二功能层的厚度为1

【专利技术属性】
技术研发人员：冯磊，
申请(专利权)人：常州艾恩希纳米镀膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：