一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的制造技术

本发明专利技术公开了一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的

【技术实现步骤摘要】
一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的PCBN刀具及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的
PCBN
刀具
，具体为一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的
PCBN
刀具及其制备方法
。

技术介绍

[0002]PCBN
是氮化硼颗粒与金属
(
通常是钴
)
粉末的混合物，经高温高压下合成而成的刀具材料
。PCBN
材料具有硬度高
、
耐磨性好
、
热稳定性强等优点，是高速切削
、
镗削等高效加工的理想材料
。
然而，
PCBN
的刀具寿命受到刃口的氧化致损
、
热疲劳等因素的限制，导致使用寿命较短
。
[0003]导电纳米金刚石薄膜是一种在刀具表面上形成的化学气相沉积薄膜，具有高硬度
、
低摩擦系数
、
较高的热导率和导电性能等优点
。
通过为
PCBN
刀具表面涂覆导电纳米金刚石薄膜，可以改善
PCBN
刀具氧化致损
、
热疲劳等问题，提高刀具使用寿命，降低生产成本
。
[0004]然而，要想在
PCBN
刀具表面制备出高质量的导电纳米金刚石薄膜并不容易
。
目前已有的方法如物理气相沉积
、
化学气相沉积
、
电解沉积等存在着刀具表面粗糙度大
、
薄膜厚度不均匀
、
附着力差等问题，这些都导致了制备出的导电纳米金刚石薄膜的质量无法满足实际需求，从而限制了
PCBN
刀具的使用寿命和性能
。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的
PCBN
刀具及其制备方法，解决了现有技术中刀具表面粗糙度大
、
薄膜厚度不均匀
、
附着力差等问题，提高了导电纳米金刚石薄膜的质量，进而提高了
PCBN
刀具的使用寿命和性能
。
为解决上述问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的
PCBN
刀具及其制备方法，包括刀具基体和沉积于基体上的多层涂层，所述多层涂层由基体侧朝向所述多层涂层的表面侧依次包含有递进层
、
复合加固层以及防护层，所述复合加固层具有由第一复合层和第二复合层交替重复两次以上的交替层叠结构，所述递进层与第一复合层具有相同的化学成分，并由下述式
(1)
所示的化合物组成，
(1)Ti
a
Al
b
Cr
c
N
[0007]式
(1)
中，
x
表示
Al
元素相对于化合物中除
N
元素外所有元素的原子占比，并满足
0.40≤x≤0.75
，
[0008]所述第二复合层
(5b)
与防护层
(6)
具有相同的化学成分，并由下述式
(2)
所示的化合物组成，
[0009](2)Ti
d
Al
e
Cr
f
M
g
L
h
N
[0010]式
(2)
中，
M
表示选自
Mo、Nb、W、Ce、Sc、Y
以及
La
之中的至少1种元素所组成的元素集合，
L
表示选自
C、B
以及
Si
之中的至少1种元素所组成的元素集合，并满足
0.10≤e≤0.40
，
0.10≤g≤0.25
，
0.10≤h≤0.20
，
e+g+h
＝
1。
[0011]优选的，所述多层涂层中
N
元素相对于所有元素的原子占比为
45
％～
55
％，所述防
护层厚度占多层涂层总厚度的百分比为
10
％～
30
％
。
因为，如果化合物中
Al
元素含量过高涂层结构会趋向于密排六方结构生长，严重影响涂层的耐磨性与高温稳定性；当化合物中
Al
元素含量过低时则会影响涂层的抗氧化性能与硬度
。
根据专利技术人实验表明，当化合物
Ti1
‑
xAlxN
中
Al
元素相对于化合物中除
N
元素外所有元素的原子占比均为
50
％～
67
％时，化合物
Ti1
‑
xAlxN
不仅能够保持
30GPa
左右的高硬度，还可以在保证面心立方结构的基础上保留更多的铝元素来提高涂层的高温抗氧化能力
。
[0012]优选的，所述复合加固层中交替层叠的第一复合层和第二复合层的单层平均厚度均为
2nm
～
30nm。
因为，如果复合加固层太薄会降低涂层抗裂纹扩展的能力，加速冲击载荷下的失效；如果防护层太厚会造成涂层脆性的增大与应力失配，增大脆性开裂与剥落的可能
。
[0013]优选的，所述多层涂层整体平均厚度为1μ
m
～8μ
m。
[0014]优选的，所述刀具基体与多层涂层之间选择性地沉积了粘结层
。
[0015]优选的，所属刀具基体材料为硬质合金
、
金属陶瓷或高速钢刀具中的任一种
。
[0016]一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的
PCBN
刀具制备方法，包括以下步骤：
[0017](1)
对刀具基体进行预处理；
[0018](2)
在刀具基体表面选择性地沉积粘结层；
[0019](3)
采用多弧离子镀的工艺多靶交替沉积的方式，分别通过
TiAl
靶沉积递进层，通过
TiAl
靶与
TiSiB
靶沉积具有交替层叠结构的复合加固层，通过
TiSiB
靶沉积防护层，得到所述一种
PCBN
刀具
。
[0020]一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的
PCBN
刀具制备方法，包括以下步骤：
[0021](1)
将
PCBN
刀具进行表面处理，包括去除表面油污和氧化层，用酸性溶液进行清洗，然后在表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的
PCBN
刀具，包括刀具基体
(1)
和沉积于基体上的多层涂层
(3)
，其特征在于：所述多层涂层
(3)
由基体侧朝向所述多层涂层
(3)
的表面侧依次包含有递进层
(4)、
复合加固层
(5)
以及防护层
(6)
，所述复合加固层
(5)
具有由第一复合层
(5a)
和第二复合层
(5b)
交替重复两次以上的交替层叠结构，所述递进层
(4)
与第一复合层
(5a)
具有相同的化学成分，并由下述式
(1)
所示的化合物组成，
(1)Ti
a
Al
b
Cr
c
N
式
(1)
中，
x
表示
Al
元素相对于化合物中除
N
元素外所有元素的原子占比，并满足
0.40≤x≤0.75
，所述第二复合层
(5b)
与防护层
(6)
具有相同的化学成分，并由下述式
(2)
所示的化合物组成，
(2)Ti
d
Al
e
Cr
f
M
g
L
h
N
式
(2)
中，
M
表示选自
Mo、Nb、W、Ce、Sc、Y
以及
La
之中的至少1种元素所组成的元素集合，
L
表示选自
C、B
以及
Si
之中的至少1种元素所组成的元素集合，并满足
0.10≤e≤0.40
，
0.10≤g≤0.25
，
0.10≤h≤0.20
，
e+g+h
＝
1。2.
根据权利要求1所述的一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的
PCBN
刀具，其特征在于：所述多层涂层中
N
元素相对于所有元素的原子占比为
45
％～
55
％，所述防护层
(6)
厚度占多层涂层
(3)
总厚度的百分比为
10
％～
30
％
。3.
根据权利要求2所述的一种表面具有纳米金刚石薄膜涂层的
PCBN
刀具，其特征在于：所述复合加固层
(5)
中交替层叠的第一复合层

【专利技术属性】
技术研发人员：张锐，樊于麟，王献春，
申请(专利权)人：恒迈新材料科技南通有限公司，
类型：发明
国别省市：