本发明专利技术公开了一种AlTiN-AlCrN超硬纳米多层复合涂层滚齿刀及其制备方法。在滚齿刀采用电弧离子镀技术生成由Cr、CrN、AlTiN/CrN、AlTiN/AlCrN依次构成的纳米复合涂层。本发明专利技术涂层结构设计合理，不但有成分渐变，同时还具有硬度梯度渐变，所制备的AlTiN/AlCrN涂层与高速钢或者硬质合金滚齿刀具有良好的结合力、良好的硬度和优越的耐温性能。很好的克服了滚齿刀耐温性和耐磨性不足的问题，大幅度提高了滚齿刀的加工性能，具有良好的工业应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及薄膜材料
，特别涉及。
技术介绍
齿轮及其齿轮产品是机械装备的重要基础件，绝大部分机械成套设备的主要传动部件都是齿轮传动，齿轮行业是机械业的基础。相对机械装配业而言，齿轮工业属于技术最密集、资金最密集以及规模相对最大的行业。我国齿轮行业基本由三部分组成，即工业齿轮、车辆齿轮和齿轮装备。车辆齿轮传动制造包括车辆齿轮和车辆变速总成，主要为汽车、 工程机械、农机、摩托车变速传动的配套。车辆齿轮占到齿轮行业60%。工业齿轮传动制造包括了工业通用、专用、重载齿轮传动，用于冶金、矿山、水泥、船用等等领域的专用齿轮箱； 齿轮装备制造业包括齿轮机床、刀具、量具、实验设备、齿轮润滑和密封的领域。就市场需求与生产规模而言，中国齿轮行业在全球排名居世界第四位。滚齿刀是加工齿轮最为重要的切削刀具，常规滚齿刀基体材料为高速钢或者是硬质合金，近年来，随着切削加工的要求日趋提高，高速、高效、智能和环保成为切削加工的追求目标，对切削刀具质量提出了更高的要求。滚齿刀具的失效往往从表面开始，将超硬刀具涂层材料镀于金属切削刀具表面，正适应了现代制造业对滚齿刀具的高技术要求，金属刀具基体不但保持了较高的强度，而镀于表面的涂层又能发挥它“超硬、强韧、耐磨、自润滑” 的优势，从而大大提高金属切削刀具在现代加工过程中的耐用度和适应性。目前常规涂层为TiN或者是TiAlN涂层。TiN耐温有限，当滚齿刀使用温度超过500°C时涂层开始失效，而TiAlN的耐温也在700°C左右，不能满足滚齿刀高速加工的要求。AlTiN是将Al元素沉积到TiN中而形成的PVD刀具涂层。迄今为止，通过增加TiAlN、AlTiN涂层中的铝含量，从而增强刀具涂层的耐高温性能和硬度，一直是刀具制造商和涂层公司关注的重大技术课题。自1995年以来， 人们一直在持续不断地研究和改进相关的气相沉积工艺。到2000年，AlTiN涂层中铝元素与钛元素的成分比例已从原来的I : 2提高到3 2，即铝含量已从33%增加到60%。从实际使用效果看其耐磨性有待加强。AlCrN涂层是将Cr取代Ti元素而形成的新型氮化物涂层。AlCrN的铝含量比一般的AlTiN涂层更高，适用于包括齿轮滚刀、立铣刀、铣刀片在内的多种高速钢和硬质合金刀具。该系列涂层非常薄，但硬度极高，可显著减少磨损和摩擦，具有优异的加工性能， 即使温度高达1000 V时其硬度也有27GPa，可以说这是目前氮化物类型薄膜中红硬性能的最高记录。与其它涂层一样，AlCrN涂层的抗变形能力也取决于涂层材料的晶格形状。 具有立方晶格的涂层能够保持很高的红硬性，即当涂层暴露于刀具/工件界面的切削高温中时仍能保持其高硬度。一旦涂层的晶体结构转变为六方晶格，就会因抗变形能力下降而使硬度降低。TiAlN涂层的硬度在约800°C时即大幅下降，AlTiN涂层在温度不到900°C时也会出现硬度降低的现象；而AlCrN涂层在温度达到1100°C时仍可保持其硬度。即使在 1100°C的高温下，AlCrN涂层也能保护刀具基体不发生氧化。纳米多层膜是目前刀具发展的最新趋势，其力学性能大大优于组分氮化物常规涂层的性能。由于纳米多层涂层优越的切削特性，具有比常规TiN、TiCN以及TiAlN等涂层更好的切削性能。
技术实现思路
本专利技术本专利技术的目的就是针对上述现有技术的现状，提供了。本专利技术产品的技术方案是在基体为高速钢或硬质合金的滚齿刀的表面上从内到外由结合层、过渡层、支撑层、耐磨层依次构成的复合涂层，其中结合层为Cr层；过渡层为 CrN层；支撑层为AlTiN/CrN层；耐磨层为AlTiN/AlCrN层。为进一步提闻本专利技术广品的性价比所述复核涂层的厚度为1-10微米，其中O结合层厚度在20-60纳米之间；过渡层厚度在100-300纳米之间；支撑层厚度在 200-1000纳米之间；耐磨层厚度在O. 5-10微米之间。2)支撑层为AlTiN层和CrN层交替构成的AlTiN/CrN多层涂层；其AlTiN层单层的厚度为3-5纳米，CrN层单层的厚度为2-5纳米；3)耐磨层为AlTiN层和AlCrN层交替构成的AlTiN/AlCrN多层涂层；其AlTiN层单层的厚度为3-5纳米，AlCrN层单层的厚度为2_5纳米。本专利技术的制备方法的技术方案是采用电弧离子镀技术制备涂层制备涂层，其特征在于由下述步骤依次形成O对滚齿刀进行辉光清洗后，在其表面沉积结合层，该结合层为Cr层；2)在上步得到的结合层上沉积过渡层，该过渡层为CrN层；3)在上步得到的过渡层上沉积支撑层，该支撑层为AlTiN/CrN层；4)在上步得到的支撑层上沉积耐磨层，该AlTiN/AlCrN层；自然冷却，即得。作为优选项1、所述支撑层为AlTiN层和CrN层交替构成的AlTiN/CrN多层涂层；2、所述耐磨层为AlTiN层和AlCrN层交替构成的AlTiN/AlCrN多层涂层。为进一步提高本专利技术方法的工效和质量，可进一步将各步骤的具体条件选择在O辉光清洗的条件为温度为200 - 450°C，氩气环境下；2)结合层的沉积条件为气压O.01-0. IPa,电压一 900V到一 1000V ；3)过渡层的沉积条件为氮气环境下，气压O.1-2. 3Pa，电压一 100V到一 200V ；4)支撑层的沉积条件为氮气环境下，气压O.5-5Pa，偏压一 50V到一 200V ；5)耐磨层的沉积条件为气压O.5-5Pa,偏压一 50V到一 300V。由上述技术方案可知本专利技术是电弧离子镀的高离化率来制备纳米复合多层涂层材料。 为了提高涂层和滚齿刀基体的结合力，该方法首先利用辉光放电过程产生的氩离子清洗滚齿刀的表面氧化物，一般情况下由于氧化物会降低涂层和基体的结合力，为此氧化物的去处是涂层中非常关键的技术。常规化学清洗在清洗过程中可以去处氧化层，但接触空气后表面会很快形成氧化层，为此本专利采用真空室中的辉光离子清洗过程去处氧化物具有一定的优越性。辉光离子清洗一般在800-1000V的负偏压下进行，清洗时间从30-120分钟。 在离子清洗结束后，滚齿刀基体表面处于比较清洁的状态。随后，本专利采用电弧离子镀技术从Cr靶上将Cr离子高温蒸发并在高偏压作用下高速运动到滚齿刀表面，在滚齿刀表面加有800-1200V的负高压，高压对离化的Cr离子具有加速作用，经过加速的Cr离子会高速撞击滚齿刀表面，撞击过程会产生高温，Cr离子会与滚齿刀基体形成冶金结合层,一般扩散深度达到5-10nm。Cr离子的轰击作用一是可以形成冶金结合层，二是可以在滚齿刀的表面沉积纯Cr层，由于轰击和沉积过程同时进行，形成的Cr涂层会非常致密，抑制了柱状Cr 粗晶粒的生长。然后通入氮气与Cr反应生成CrN过渡层，氮气的流量逐步从加大，形成从纯Cr到纯CrN的过渡。过渡层厚度一般为100-300纳米。在CrN涂层的基础上，逐步开启 AlTi靶，AlTi与氮气反应生成AlTiN涂层，当滚齿刀运动到Cr靶前面时将形成CrN涂层， 当运动到AlTi靶前部时将形成AlTiN涂层，滚齿刀连续的转动将会形成AlTiN/CrN多层涂层。支撑层厚度一般为200-1000nm，单层AlTiN纳米层厚度为3_5纳米，单层CrN层厚度为2-5纳米。该涂层与CrN涂层相比其硬度从C本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种AlTiN？AlCrN超硬纳米多层复合涂层滚齿刀，其特征在于：所述滚齿刀的基体为高速钢或硬质合金，其表面有从内到外由结合层、过渡层、支撑层、耐磨层依次构成的复合涂层，且：1）结合层为Cr层；2）过渡层为CrN层；3）支撑层为AlTiN/CrN层；4）耐磨层为AlTiN/AlCrN层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨兵，王如意，陈燕鸣，丁辉，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：
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