本发明专利技术公开的刀具表面Ti/TiN/MaN复合涂层为三层，从刀具表面依次向外分别为Ti过渡层、TiN层和(Al，Ti，Cr)N层，其厚度分别为50～200nm或100～500nm或2～5μm，其组织结构为纳米晶结构，在X射线衍射的（111）面衍射强度I低于400，且该复合涂层表面的硬度为22～33GPa，压痕等级为1～2级。本发明专利技术还公开了其制备方法。由于本发明专利技术采用了等离子增强中频反应磁控溅射技术作为复合涂层的制备方法，因而不仅有利于各类反应物的溅射蒸发，使所得涂层组织细密、纯度高、表面平整，与刀具结合力高，耐磨性好，并可最大限度地抑制薄膜成分的偏析，大幅度改善了离化率及饶镀性，使其在不锈钢的切削加工中的寿命提高50～100%，且工艺简单，易于掌握控制，便于刀具涂层的工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工模具表面硬质涂层及其制备
，具体涉及一种切削刀具表面Ti/TiN/MaN复合涂层及其制备方法。
技术介绍
工业生产通常采用的物理涂层技术主要有两种:磁控溅射离子镀和阴极电弧离子镀。采用磁控溅射离子镀技术所获得的涂层虽具有组织细密、纯度高、表面平整，且利于各类反应物的溅射蒸发等优点，但其存在的离化率低和绕镀性差的缺点却限制了其发展。而阴极电弧离子镀虽具有离化率高、沉积速度快、膜基结合力好、涂层绕镀性好等优点，但又存在组织粗大、表面不平整、“液滴”等现象和对于反应物的性质有一定的要求等不足。基于以上因素，其后出现的旨在提升磁控溅射离子镀离化率的等离子增强磁控溅射离子镀技术被越来越多的应用于刀具涂层的生产，其不仅具有普通磁控溅射离子镀的优点又有阴极电弧离子镀离化率高的特性，因此所得涂层产品具有更好的综合性能，同时，使多元素涂层的制备成为可能。 近几年来，虽因TiAIN、CrAlN和CrTiN等三元涂层具有较好的物理、化学性能，已被广泛的应用于工业生产，但随着切削速度不断提高和干式切削方式的普及，这类涂层的耐磨、抗氧化等性能已经无法满足使用要求。研究表明，(Al，Ti，Cr)N复合涂层具有比TiAlN三元涂层更好的耐磨性和抗氧化性。Cr元素的加入可以在一定程度上影响涂层的生长和耐磨相的形成，并且可以有效的缓解涂层应力的增加，提高刀具与涂层的结合力，延长涂层刀具的使用寿命。专利ZL200910220272.1和专利ZL201010596751.6虽公开了一种阴极电弧离子镀制备CrTiAlN四元涂层的方法，但该方法采用的是TiAl靶材和Cr靶材分置的方式进行的，故存在工艺复杂、涂层一致性、均匀性差等问题。若采用复合合金材料作为靶材的话，对于阴极电弧离子技术而言，受饱和蒸气压的影响，易导致薄膜成分的偏析，从而导致涂层综合性能的降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有TiAlN涂层在工业生产中存在综合性能和稳定性差的缺点，提供一种性能优异的刀具表面Ti/TiN/MaN复合涂层。本专利技术的另一目的提供一种上述刀具表面Ti/TiN/MaN复合涂层的制备方法，该方法工艺简单，制备成本低廉，易于工业化生产。本专利技术提供的刀具表面Ti/TiN/MaN复合涂层Ma (multicomponent alloy),该复合涂层为三层，从刀具表面依次向外分别为Ti过渡层、TiN层和MaN层，其中Ti过渡层的厚度为50 200nm ;TiN层的厚度为100 500nm ；Ma N层的厚度为2 5μπι，其组织结构为纳米晶结构，且在X射线衍射的(111)面衍射强度I低于400。上述刀具表面复合涂层的MaN层中的Ma为(Al，Ti，Cr)，其复合涂层的表面硬度为22 33GPa，压痕等级为广2级。上述刀具为硬质合金或高速钢刀具。本专利技术提供的上述刀具表面Ti/TiN/MaN复合涂层的制备方法，该方法是先将待镀制的刀具清洗干燥后，置于镀膜室内按以下工艺步骤和条件进行镀制:I)先对镀膜室抽真空至5.0X 10_3Pa，然后通入氩气，使镀膜机内总压强为2.5X KT1 ~ 4.0X KT1Pa,并控制功率7 9KW，对待镀制刀具加热60 150min ；2)在压强1.5 X IO-1 2.5 X KT1Pa的氩气保护下，控制直流偏压_10(T-200V，脉冲偏压-50(T-800V，用功率为4 6KW的等离子清洗待镀制刀具15 30min ；3)在氩气保护下，用等离子增强源加热，先以Ti作为蒸发源进行镀制，然后再通入氮气与Ti 一起镀制；4)在氩气保护下，维持等离子增强源运行，并用中频反应磁控溅射Ma复合合金材料，同时通入氮气进行反应镀制，然后冷却即可。以上方法中第3)步镀制过渡层T1、TiN的具体工艺条件为:I)在压强为8X 10_2 1.5X KT1Pa氩气保护下，用功率7.5 IOKW的等离子增强源加热Ti蒸发源，控制直流偏压-100 -200V，脉冲偏压-300 -600V下镀制5 IOmin ；2)通入7(Tl50sccm的氮气，继续与Ti蒸发源一起在功率7.5 10KW，控制直流偏压-100 -200V下镀制5 15min。以上方法中第4)步镀制MaN耐磨层的具体工艺条件为:用中频反应磁控溅射溅射Ma复合合金材料，其功率为3 5KW，溅射电流为3.0 8.0A,在通入IS气60 120sc cm的同时通入30 80sccm的氮气，并在直流偏压-30 -80V镀制 150 300min。以上方法所用Ma复合合金材料即为AlxTIyCr1^y复合合金材料，该复合合金材料作为靶材在镀膜机中按互成90度配置四个，且成分相同，其铝钛铬原子比为50 70:20 30:10 20，纯度均为 99.99%。以上方法第4)步刀具镀膜后的冷却时间为70 120min。本专利技术与现有技术相比，具有以下积极效果:①由于本专利技术采用了等离子增强中频反应磁控溅射技术作为复合涂层的制备方法，因而不仅有利于各类反应物的溅射蒸发，使所获得的涂层具有组织细密、纯度高、表面平整，且解决了一般磁控溅射技术的难点，大幅度改善了离化率及饶镀性，使得其可以广泛用于刀具涂层的工业化生产。②由于本专利技术采用了等离子增强中频反应磁控溅射方法来蒸发AlxTiYCri_x_Y复合合金材料，因而对于多元涂层而言，可以最大限度地抑制薄膜成分的偏析，确保涂层性能的稳定性，同时也降低了涂层工艺的复杂程度和镀制周期，使其更适合于工业化生产。③由于本专利技术提供的Ti/TiN/(Al，Ti，Cr)N复合涂层组织为纳米晶结构，因而与普通(Ti，A1)N涂层的粗柱状晶组织相比，组织更为细密，涂层硬度和厚度的一致性和均匀性更好。④由于本专利技术提供的Ti/TiN/(Al，Ti，Cr)N复合涂层组织细密，涂层厚度的一致性和均匀性更好，因而与普通的TiAlN涂层相比，与刀具具有更高的结合力，可与阴极电弧技术镀制的涂层媲美。⑤由于本专利技术提供的Ti/TiN/(Al，Ti, Cr)N复合涂层粗柱状组织趋于弱化，而呈现细密的纳米晶结构，加之表面硬度的一致性和均匀性更好，因而与普通的TiAlN涂层相t匕，具有Ti/ TiN/(Al，Ti，Cr)N涂层的刀具具有更好的耐磨性，尤其在不锈钢的切削加工中，涂层刀具的寿命可提高5(Γ100%。⑥由于本专利技术采用的是等离子增强中频反应磁控溅射技术作为复合涂层的制备方法，因而工艺简单，易于掌握控制。附图说明图1为对比例制备的Ti/ TiN/TiAIN涂层断口形貌扫描电镜照片。图2为本专利技术制备的11/11~(41，11，(>0涂层断口形貌扫描电镜照片。图3为对比例制备的Ti/TiN/TiAIN薄膜表面压痕形貌照片。图4为本专利技术制备的Ti/ TiN/ (Al，Ti，Cr)N薄膜表面压痕形貌照片。图5为本专利技术制备的Ti/ TiN/ (Al, Ti, Cr)N涂层与对比例制备的Ti/TiN/TiAIN涂层的X射线衍射谱图。具体实施例方式下面通过具体实施例对本专利技术作进一步的说明，但本专利技术的保护内容不局限于以下实施例。值得说明的是，以下实施例和对比例所制备的刀具产品的硬度采用纳米硬度仪TB15192-12-8-20,按表面接近速度10nm/s，最小压深200nm，最大压深300本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种刀具表面Ti/TiN?/?MaN复合涂层，该复合涂层为三层，从刀具表面依次向外分别为Ti过渡层、TiN层和MaN层，其中Ti过渡层的厚度为50～200nm；TiN层的厚度为100～500nm；?MaN层的厚度为2～5μm；其组织结构为纳米晶结构，在X射线衍射的（111）面衍射强度I低于400。
【技术特征摘要】
1.一种刀具表面Ti/TiN / MaN复合涂层，该复合涂层为三层，从刀具表面依次向外分别为Ti过渡层、TiN层和MaN层，其中Ti过渡层的厚度为50 200nm ;TiN层的厚度为100 500nm ； MaN层的厚度为2 5 μ m ;其组织结构为纳米晶结构，在X射线衍射的(111)面衍射强度I低于400。2.根据权利要求1所述的刀具表面Ti/TiN/MaN复合涂层，该复合涂层中MaN层中的Ma为(Al，Ti, Cr)，其复合涂层的表面硬度为22 33GPa，压痕等级为f 2级。3.—种权利要求1所述刀具表面Ti/TiN/MaN复合涂层的制备方法，该方法是先将待镀制的刀具清洗干燥后，置于镀膜室内按以下工艺步骤和条件进行镀制: 1)先对镀膜室抽真空至5.0X 10_3Pa，然后通入氩气，使镀膜机内总压强为2.5X KT1 4.0X KT1Pa,并控制功率7 9KW，对待镀制刀具加热60 150min ； 2)在压强1.5X KT1 2.5X KT1Pa的氩气保护下，控制直流偏压-10(T-200V，脉冲偏压-50(T-800V，用功率为4 6KW的等离子清洗待镀制刀具15 30min ； 3)在氩气保护下，用等离子增强源加热，先以Ti作为蒸发源进行镀制，然后再通入氮气与Ti 一起镀制； 4)在氩气保护下，维持等离子增强源运行，并用中频反应磁控溅射Ma复合合金材料，同时通入氮气进行反应镀制，然后冷却即可。4.根据权利要求3所述的刀具表面Ti/TiN/MaN复合涂层的制备方法，该方法中第3)步镀制过渡层T1、TiN的具体工艺条件为: O在压强为8X10—2 1.SXlO-1Pa氩气保护下，用功率7.5 IOKW的等离子增强源加热Ti蒸发源，控制直流...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵海波，杜浩，梁雅庭，梁红樱，鲜广，王辉，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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