一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层制造技术

技术编号：40967807 阅读：4 留言：0更新日期：2024-04-18 20:48

本发明专利技术涉及纳米复合硬质涂层技术领域，具体公开了一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，包括基体和纳米涂层，所述纳米涂层位于基体的表面，所述纳米涂层包括四层粘结层、三层支撑层和一层功能层，四层所述粘结层分别位于所述基体与所述支撑层之间、所述支撑层与所述功能层之间和相邻两个所述支撑层之间，所述功能层位于所述基体的表层，本发明专利技术的支撑层采用CrN打底、多层分布的结构分布，减小了涂层内应力和涂层内部裂纹扩展，提高了膜基结合力且支撑层中B元素具有细化晶粒的作用，大幅提高了涂层硬度，并且对涂层抗高温氧化性和抗化学反应性的提高也有一定作用，Co元素趋向于涂层的表层，一定程度上增加了涂层产品的使用寿命。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于纳米复合硬质涂层，具体涉及一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层。

技术介绍

1、涂层刀具是在强度和韧性较好的硬质合金或高速钢基体表面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物而制备的，也可涂覆在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬材料刀片上；涂层作为一个化学屏障和热屏障，减少了刀具与工件间的扩散和化学反应，从而减少了基体的磨损，涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化、摩擦系数小和热导率低等特性。

2、但是，在现有技术中，硬质涂层刀具由于其脆性大，加工过程粘结严重、切削力大、切削温度高等特性，普通altin与超硬altisi(cr)n硬质合金涂层刀具在切削加工时，涂层与工件摩擦系数高，导致切削力大，切削热高，切削过程中易出现粘刀、崩刃等问题。

3、为此，我们提出一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层来解决现有技术中存在的问题，一定程度上降低涂层与工件摩擦系数，从而提高刀具的使用寿命。

技术实现思路

1、本专利技术的目的在于提供一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，以解决上述
技术介绍
中提出现有技术中提出硬质涂层刀具由于其脆性大，加工过程粘结严重、切削力大、切削温度高等特性，普通altin与超硬altisi(cr)n硬质合金涂层刀具在切削加工时，涂层与工件摩擦系数高，导致切削力大，切削热高，切削过程中易出现粘刀、崩刃的问题。

2、为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：

3、一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，包括基体和纳米涂层，所述纳米涂层位于基体的表面，所述纳米涂层包括四层粘结层、三层支撑层和一层功能层，四层所述粘结层分别位于所述基体与所述支撑层之间、所述支撑层与所述功能层之间和相邻两个所述支撑层之间，所述功能层位于所述基体的表层。

4、优选的，所述粘结层设置为crn层，所述crn层的厚度设置为0.2μm-0.25μm，所述crn层的原子百分比设置为：cr60%，n40%。

5、优选的，所述crn层在涂覆前需将基体进行除油、除锈、去毛刺、喷砂和清洗后进行crn层的涂覆，涂覆时将基材固定在转架上，等炉腔真空度达到8.0×10-3pa，温度达到300℃-400℃时，开启转架开关使其转速为2-6r/min，向炉腔内通入氩气40min后打开cr靶进行cr轰击，气体流量为200-300sccm，靶材电流调整为60a-100a,对基片进行辉光放电清洗15-25min；调整负偏压至100v-200v，cr靶电流调整为60a-90a，随后关掉氩气气阀同时打开氮气气流量阀至250-350sccm，调整真空室压力为1-3pa沉积crn层8-15min。

6、优选的，三层所述支撑层分别设置为crtibn层、alticrn层和alticon层，所述crtibn层的厚度设置为2μm-2.5μm，所述crtibn层的原子百分比设置为：cr25%、ti20%、b20%和n35%；所述alticrn层的厚度设置为2μm-2.5μm，所述alticrn的原子百分比设置为：al25%、ti20%、cr20%和n35%；所述alticon原子含量百分比为al25%、ti20%、co25%和n30%，所述alticon层的厚度为2μm-3μm。

7、优选的，所述crtibn层在涂覆时，需在crn层涂覆完成后直接调整氮气气流量至250-400sccm，打开ti靶5min后再打开b靶，并保持cr开启状态进行crtibn层的沉积，沉积时间为40-50min，cr靶电流90a-100a。

8、优选的，所述alticrn层的涂覆需在所述crtibn层涂覆完成后，重复crn层的涂覆方法，待第二层crn层涂覆完成后，直接调整氮气气流量至250-400sccm，打开alti靶并保持cr开启状态进行alticrn层的沉积，沉积时间为40-50min，cr靶电流90a-100a，alti靶电流为80a-100a。

9、优选的，所述alticon层的涂覆需在所述alticrn层涂覆完成后，重复crn层的涂覆方法，待第三层crn层涂覆完成后，直接调整氮气气流量至250-400sccm，打开alti靶3min后开启co靶，并保持cr开启状态进行alticon层的沉积，沉积时间为40-50min，cr靶电流90a-100a，alti靶电流为80a-100a，co靶电流90a-100a。

10、优选的，所述功能层设置为alticrcn层，所述alticrcn层的厚度为3μm-5μm，所述alticrcn层的原子百分比为al20%-25%、ti20%-30%、cr15%-20%、c10%-15%和n10%-35%。

11、优选的，所述alticrcn层涂覆需在alticon层涂覆完成后，重复crn层的涂覆方法，待第四层crn层涂覆完成后，直接调整氮气气流量至sccm，向腔体内通入c2h2和氮气，保持aiti靶电流120a-150a，cr靶电流为55a-75a不变，腔体温度控制在300-400℃，调整氮气气量为300-350sccm，c2h2流量为30-650sccm，沉积aiticrcn功能层30-50min。

12、本专利技术提出的一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，与现有技术相比，具有以下优点：

13、1、本专利技术的支撑层采用crn打底、多层分布的结构分布，减小了涂层内应力和涂层内部裂纹扩展，提高了膜基结合力且支撑层中b元素具有细化晶粒的作用，大幅提高了涂层硬度，并且对涂层抗高温氧化性和抗化学反应性的提高也有一定作用，co元素趋向于涂层的表层，一定程度上提高硬质合金中心部分的硬度，而表面因具有更多的钴而韧性变强，切削中切屑的冲击力主要发生在表层，一定程度上增加了涂层产品的使用寿命；

14、2、本专利技术的功能层设置的为alticrcn层，该alticrcn层属于纳米复合涂层，具有高膜基结合力，低摩擦系数，高韧性，优越的干切削性能，在切削过程中的自润滑效应可显著降低涂层刀具与工件之间的摩擦系数，具有出色的润滑效果，一定程度上降低切削过程中易出现粘刀、崩刃现象，延长了刀具的使用寿命。

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【技术保护点】

1.一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，包括基体和纳米涂层，其特征在于：所述纳米涂层位于基体的表面，所述纳米涂层包括四层粘结层、三层支撑层和一层功能层，四层所述粘结层分别位于所述基体与所述支撑层之间、所述支撑层与所述功能层之间和相邻两个所述支撑层之间，所述功能层位于所述基体的表层；

2.根据权利要求1所述的一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，其特征在于：所述粘结层设置为CrN层，所述CrN层的厚度设置为0.2μm-0.25μm，所述CrN层的原子百分比设置为：Cr60%，N40%。

3.根据权利要求2所述的一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，其特征在于：所述CrN层在涂覆前需将基体进行除油、除锈、去毛刺、喷砂和清洗后进行CrN层的涂覆，涂覆时将基材固定在转架上，等炉腔真空度达到8.0×10-3Pa，温度达到300℃-400℃时，开启转架开关使其转速为2-6r/min，向炉腔内通入氩气40min后打开Cr靶进行Cr轰击，气体流量为200-300SCCM，靶材电流调整为60A-100A,对基片进行辉光放电清洗15-25min；调整

4.根据权利要求3所述的一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，其特征在于：所述ALTiCrN层的涂覆需在所述CrTiBN层涂覆完成后，重复CrN层的涂覆方法，待第二层CrN层涂覆完成后，直接调整氮气气流量至250-400SCCM，打开ALTi靶并保持Cr开启状态进行ALTiCrN层的沉积，沉积时间为40-50min，Cr靶电流90A-100A，ALTi靶电流为80A-100A。

5.根据权利要求4所述的一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，其特征在于：所述ALTiCoN层的涂覆需在所述ALTiCrN层涂覆完成后，重复CrN层的涂覆方法，待第三层CrN层涂覆完成后，直接调整氮气气流量至250-400SCCM，打开ALTi靶3min后开启Co靶，并保持Cr开启状态进行ALTiCoN层的沉积，沉积时间为40-50min，Cr靶电流90A-100A，ALTi靶电流为80A-100A，Co靶电流90A-100A。

6.根据权利要求5所述的一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，其特征在于：所述功能层设置为AlTiCrCN层，所述AlTiCrCN层的厚度为3μm-5μm，所述AlTiCrCN的原子百分比为Al20%-25%、Ti20%-30%、Cr15%-20%、C10%-15%和N10%-35%。

7.根据权利要求6所述的一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，其特征在于：所述AlTiCrCN层涂覆需在ALTiCoN层涂覆完成后，重复CrN层的涂覆方法，待第四层CrN层涂覆完成后，直接调整氮气气流量至SCCM，向腔体内通入C2H2和氮气，保持AITi靶电流120A-150A，Cr靶电流为55A-75A不变，腔体温度控制在300-400℃，调整氮气气量为300-350SCCM，C2H2流量为30-650SCCM，沉积AITiCrCN功能层30-50min。

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【技术特征摘要】

2.根据权利要求1所述的一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，其特征在于：所述粘结层设置为crn层，所述crn层的厚度设置为0.2μm-0.25μm，所述crn层的原子百分比设置为：cr60%，n40%。

3.根据权利要求2所述的一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，其特征在于：所述crn层在涂覆前需将基体进行除油、除锈、去毛刺、喷砂和清洗后进行crn层的涂覆，涂覆时将基材固定在转架上，等炉腔真空度达到8.0×10-3pa，温度达到300℃-400℃时，开启转架开关使其转速为2-6r/min，向炉腔内通入氩气40min后打开cr靶进行cr轰击，气体流量为200-300sccm，靶材电流调整为60a-100a,对基片进行辉光放电清洗15-25min；调整负偏压至100v-200v，cr靶电流调整为60a-90a，随后关掉氩气气阀同时打开氮气气流量阀至250-350sccm，调整真空室压力为1-3pa沉积crn层8-15min。

4.根据权利要求3所述的一种应用于合金刀具的多层多元纳米复合硬质涂层，其特征在于：所述alticrn层的涂覆需在所述crtibn层涂覆完成后，重复crn层的涂覆方法，待第二层crn层涂覆完成后，直接调整氮气气流量至250-40...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓传堂，孙香禄，王春明，
申请(专利权)人：欧优格大连切削工具有限公司，
类型：发明
国别省市：

全部详细技术资料下载我是这个专利的主人