【技术实现步骤摘要】
本技术涉及涂层切削刀具领域，具体涉及一种耐磨损复合涂层结构及切削刀具。
技术介绍
1、超硬刀具在切削难加工材料，如淬硬钢时，被加工完的切屑与刀具前刀面摩擦引起的，磨损形态通常呈月牙状，主要出现在刀具上表面，被称之为月牙洼磨损。在刀具磨损过程中，月牙洼的逐渐扩展，导致刀具强度下降，会极易产生刀具刃口崩刃。
2、月牙洼磨损会导致刀具耐用度降低，换刀次数频繁，也会引起被加工工件的尺寸精度降低，表面粗糙度下降等。为了能够提高刀具整体耐用度，延长刀具寿命，往往对刀具进行涂层处理，为了提高涂层的硬度、耐高温和抗氧化性能，往往在tin、crn等一元涂层的基础上添加al、si、cr等元素形成二元或者多元涂层。如，中国技术专利cn207452258u公开了一种纳米复合涂层切削刀具，刀具表面设有纳米复合涂层，纳米复合涂层从内到外包括基础层、中间层、耐磨层和外覆层，其中：基础层为氮化锆硅层；中间层为交替沉积的氮化钛层、碳氮化钛层和氮铝化钛层；耐磨层为掺碳的氮化硅钛复合层；外覆层为掺铝的氮化硅钛复合层。交替沉积的氮化钛层、碳氮化钛层和氮铝化钛层的硬度较单一的氮化钛层、碳氮化钛层和氮铝化钛层更高，掺碳的氮化硅钛复合层比氮化硅钛具有更高的硬度且摩擦系数小，掺铝的氮化硅钛复合层抗高温氧化性能良好。
3、上述技术专利中虽然形成的多元涂层的综合性能得到了很大提升，但这些涂层的摩擦系数也明显增加，应用于刀具前刀面时，增加切屑与刀具前刀面的摩擦，不利于切屑排出，会引起更明显的月牙洼磨损，降低刃口强度。
技术实现思路
1、有鉴于此，本技术的目的在于提供一种耐磨损复合涂层结构及切削刀具，该复合涂层结构不仅具有耐磨性而且还具有一定的耐热性、耐切削压力冲击性，使切削刀具基体保持高温稳定性和刃口完整性，减小月牙洼磨损。
2、具体地，本技术提供的技术方案为：一种耐磨损复合涂层结构，包括硬质涂层和形成在所述硬质涂层上的润滑层，所述硬质涂层中随机分布的若干气泡孔，所述气泡孔的孔径为10～50 nm，并在所述硬质涂层中的体积密度为20%～50%。
3、基上所述，所述气泡孔中填充有气体，且所述气体的导热系数低于空气。所述气体可以为氩气、二氧化碳或两者的混合气体。所述气泡孔可以在硬质涂层形成过程中通入气体获得。优选地，所述气泡孔的孔径为20～40 nm，并在所述硬质涂层中的体积密度为20%～40%。
4、基上所述，所述硬质涂层为耐磨耐高温涂层，可以为tialcrn、tialsin、altin、alcrn或tialnbn等具有耐磨、高温热稳定性优异的涂层。所述硬质涂层的厚度为2.0～4.0μm；优选地，所述硬质涂层的厚度为2.5～3.5 μm。
5、基上所述，所述硬质涂层表面形成有微-纳米织构。所述微-纳米织构呈微观条状沟槽，槽宽为10～50 μm，深度为500～1000 nm，槽间距为5～30 μm。所述微-纳米织构是通过飞秒激光加工形成的。所述述微-纳米织构利用仿生摩擦学原理，在硬质涂层表面加工出一定纹理结构，具有显著的减摩、降磨特性，使得刀具切削时具有抗黏附、抗磨损和较好的润滑效果，大大提升切削时前刀面的排屑作用；另一方面，在硬质涂层表面加工出一定的纹理结构，可形成微观镶嵌的界面，增加硬质涂层与润滑层间接触面积，有效提升硬质涂层与润滑层的结合强度，从而避免磨损过程中涂层过早剥落；保持润滑层的润滑效果。
6、基上所述，所述润滑层由tin层和craln层交替沉积设置组成。优选地，所述润滑层沉积设置在所述微-纳米织构上，使其随所述微-纳米织构形成纹理结构，且该纹理结构与所述硬质涂层上的微-纳米织构的形状相似。
7、其中，所述润滑层厚度为200～800 nm，所述tin厚度为10～80 nm，所述craln层厚度为10～80 nm。在低温时，由于tin其本身与铁屑摩擦系数小发挥润滑作用；在高温时，craln与空气中氧气发生反应，生成具有高温润滑作用的含铬或含铝氧化物，从而在高温下发挥润滑作用，同时抗氧化性好；如此使得所述润滑层在宽温域切削范围内或交变温域范围内具有良好的润滑作用。优选地，所述润滑层厚度为300～700 nm，所述tin厚度为25～50nm；所述craln层厚度为25～50 nm。
8、基上所述耐磨损复合涂层结构，还包括过渡层，所述硬质涂层层叠设置在所述过渡层和润滑层之间。所述过渡层材质为ti、tin、cr、tialn或craln。所述过渡层的厚度200～800 nm。所述过渡层主要用于缓冲所述硬质涂层与使用所述耐磨损复合涂层结构的刀具基体之间的性能，增强两者之间的结合力。
9、所述涂层总厚度为2.5～5μm。所述耐磨损复合涂层结构中的各个涂层通过高功率脉冲磁控溅射制备所得。
10、本技术还提供一种切削刀具，包括刀具基体和上述耐磨损复合涂层结构，且所述润滑层位于最外层。其中，所述刀具基体的后刀面上可以设置有上述硬质涂层。
11、基上所述，所述刀具基体可以为整体式聚晶立方氮化硼刀具、焊接式聚晶立方氮化硼刀具、整体式聚晶金刚石刀具基体或焊接式聚晶金刚石刀具基体。
12、本技术提供的上述耐磨损复合涂层结构包括硬质涂层和形成在所述硬质涂层上的润滑层，所述硬质涂层中随机分布有低于空气导热系数的气泡孔，不仅可以显著降低硬质层的热导率，起到隔热阻热的效果，同时还具有一定缓和切削压力的效果，使得所述硬质涂层不仅具有耐磨性而且还具有一定的耐热性、耐切削压力冲击性。所以，本技术提供的包括上述耐磨损复合涂层结构的切削刀具的刀具基体保持高温稳定性和刃口完整性，减小月牙洼磨损。
13、上述硬质涂层表面进一步形成微-纳米织构，与所述润滑层配合，不仅具有涂层的减摩效应，还具有微-纳米织构的自润滑效应；所述耐磨损复合涂层结构应用与切削刀具基体中，其中的润滑层在上述多重作用下能极大地改善刀具前刀面切削时的摩擦润滑状态，可减小摩擦、阻止粘结、减小刀具前刀片的月牙洼磨损。
14、因此，本技术提供的包括上述耐磨损复合涂层结构的切削刀具，在高温、高速、干切过程中，刀具前刀面由于切削压力、摩擦力、摩擦热增大而产生的月牙洼磨损严重、寿命降低的现象可大大改善，从而提高刀具寿命。
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1.一种耐磨损复合涂层结构，包括硬质涂层和形成在所述硬质涂层上的润滑层，所述硬质涂层中随机分布的若干气泡孔，所述气泡孔的孔径为10～50 nm，并在所述硬质涂层中的体积密度为20%～50%。
2.根据权利要求1所述的复合涂层结构，其特征在于：所述气泡孔中填充有气体，且所述气体的导热系数低于空气。
3.根据权利要求1所述的复合涂层结构，其特征在于：所述硬质涂层为TiAlCrN、TiAlSiN、AlTiN、AlCrN或TiAlNbN。
4.根据权利要求1所述的复合涂层结构，其特征在于：所述润滑层由TiN层和CrAlN层交替沉积设置组成。
5.根据权利要求1～4任一项所述的复合涂层结构，其特征在于：所述硬质涂层表面形成有微-纳米织构，且所述微-纳米织构呈微观条状沟槽。
6.根据权利要求5所述的复合涂层结构，其特征在于：所述润滑层沉积设置在所述微-纳米织构上，并随所述微-纳米织构形成纹理结构。
7.根据权利要求1所述的复合涂层结构，其特征在于：还包括过渡层，所述硬质涂层层叠设置在所述过渡层和润滑层之间，且所述过渡层材
8.一种切削刀具，包括刀具基体和权利要求1～7任一项所述的复合涂层结构，且所述润滑层远离所述刀具基体设置。
9.根据权利要求8所述的切削刀具，其特征在于：所述刀具基体为整体式聚晶立方氮化硼刀具、焊接式聚晶立方氮化硼刀具、整体式聚晶金刚石刀具基体或焊接式聚晶金刚石刀具基体。
...【技术特征摘要】
1.一种耐磨损复合涂层结构，包括硬质涂层和形成在所述硬质涂层上的润滑层，所述硬质涂层中随机分布的若干气泡孔，所述气泡孔的孔径为10～50 nm，并在所述硬质涂层中的体积密度为20%～50%。
2.根据权利要求1所述的复合涂层结构，其特征在于：所述气泡孔中填充有气体，且所述气体的导热系数低于空气。
3.根据权利要求1所述的复合涂层结构，其特征在于：所述硬质涂层为tialcrn、tialsin、altin、alcrn或tialnbn。
4.根据权利要求1所述的复合涂层结构，其特征在于：所述润滑层由tin层和craln层交替沉积设置组成。
5.根据权利要求1～4任一项所述的复合涂层结构，其特征在于：所述硬质涂层表面形成有...
【专利技术属性】
技术研发人员：张敏捷，董永芬，邢建军，周甜元，
申请(专利权)人：富耐克超硬材料股份有限公司，
类型：新型
国别省市：
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