[发明专利]一种多层纳米复合刀具涂层及其制备方法

摘要

本发明公开了一种多层纳米复合刀具涂层及其制备方法，在刀具基体表面采用物理气相沉积技术先涂覆一层氮化钛过渡层，然后再交替周期性涂镀多层铝钛硅氮化物涂层和铝铬氮涂层；其中氮化钛过渡层的厚度0.1～0.5微米，每层铝钛硅氮化物涂层和铝铬氮化物涂层的厚度各为0.1～0.5微米，重复4～20层生成多层结构的AlTiSiN/AlCrN纳米复合刀具涂层；本发明的涂层晶粒大小在5～15 nm，涂层总厚度1～6μm，涂层显微硬度25～40 GPa，高温稳定性达到1050℃以上；使用本发明制成的刀具，其抗机械磨损性能和抗高温氧化性能均有大幅度提高，可以满足高速加工对刀具材料更好性能的需求。

主权项

一种多层纳米复合刀具涂层的制备方法，其特征在于：在刀具基体表面采用物理气相沉积技术先涂覆一层氮化钛过渡层，然后再交替周期性涂镀多层铝钛硅氮化物涂层和铝铬氮化物涂层；其中氮化钛过渡层的厚度0.1～0.5微米，每层铝钛硅氮化物涂层和铝铬氮化物涂层的厚度各为0.1～0.5微米，重复4～20层生成多层结构的AlTiSiN/AlCrN纳米复合刀具涂层；其涂层配方按原子百分比计配比如下：氮化钛过渡层：钛45～55 at.%，氮55～45 at.%；铝钛硅氮涂层：铝30～40at.%，钛15～20at.%，硅5～10at.%，氮30～50at.%；铝铬氮涂层：铝30～40at.%，铬15～20 at.%，氮40～55at.%；多层纳米复合刀具涂层的制备方法有如下步骤：（1）将经预处理后的未涂层刀具均匀固定在支架上，间距大于等于10mm，装入镀膜机中，调节工件支架转速为5～10 rpm，抽至本底真空2.5～3.0×10‑3Pa，同时打开加热器，升温至300～500℃；打开Ar气流量阀，调节真空室为0.4～0.6Pa，基体加负偏电压600～1000 V，进行辉光溅射清洗10～20 min；然后降低基体负偏电压至60～200 V，开启纯Ti靶，调节靶材电流为50～200A，以Ti离子高能轰击基体3～10 min以活化基体表面；打开N2气流量阀，镀膜压力0.8～3.5Pa，温度300～500℃条件下，沉积TiN过渡层5～15 min；（2）根据多层涂层结构要求，打开AlTiSi靶或AlTi+TiSi靶，调节弧源电流50～200A沉积AlTiSiN纳米复合层5～25min，然后关闭AlTiSi靶或AlTi+TiSi靶，再打开和AlCr靶，调节弧源电流50～200A沉积AlCrN层5～25min；如此交替打开和关闭AlTiSi或AlTi+TiSi靶和AlCr靶，制备出具有4～20层的多层结构AlTiSiN/AlCrN纳米复合刀具涂层；沉积时间保持在60～120 min；完成镀膜后，刀具随炉降温至150～200℃后取出常温冷却即可。