[发明专利]一种钛合金切削用成分梯度TiAlXN涂层刀具及其制备方法

摘要

本发明属于难加工材料切削用刀具保护涂层技术领域，具体涉及一种钛合金切削用高硬度高结合力合金化元素X成分梯度TiAlXN刀具涂层及其制备方法。一种钛合金切削用成分梯度TiAlXN涂层刀具的制备方法，所述方法在磁控溅射装置中进行，采用TiAl合金靶材和至少一个X靶材共溅射的方法：保持TiAl合金靶材功率不变，X靶材功率以恒定速率增加，制备TiAlXN成分梯度涂层，所述TiAlXN涂层中的X成分的含量由靠近刀具基体的一侧至远离刀具基体的一侧由低到高连续增加。本发明所制备的成分梯度TiAlXN涂层心部层合金化元素X含量低、表面层X含量高，能够大幅提高TiAlXN涂层与基体结合力，并对涂层力学性能影响较小，增加涂层对刀具的保护。

主权项

1.一种钛合金切削用成分梯度TiAlXN涂层刀具的制备方法，其特征在于：所述方法在磁控溅射装置中进行，采用TiAl合金靶材和至少一个X靶材共溅射的方法：保持TiAl合金靶材功率不变，X靶材功率以恒定速率增加，制备TiAlXN成分梯度涂层，所述TiAlXN涂层中的X成分的含量由靠近刀具基体的一侧至远离刀具基体的一侧由低到高连续增加，其中，X为Ta、Si、Cr、Y、Nb、V、Zr中的1～4种，当X为多种元素的组合时，各X元素的原子数相同，具体地，所述方法包括下述工艺步骤：步骤1，刀具基体的预处理：对刀具基体进行湿喷砂处理，清洗后，在60～160℃下烘干5～15min，放入真空室；步骤2，刀具基体辉光溅射清洗：当真空室的真空度大于等于3×10^‑3Pa时，升温至350～550℃，向真空室中通入高纯Ar气，调节真空室的压强为0.5～2Pa，在加脉冲负偏压500～1000V，占空比20～80％的条件下，辉光溅射清洗25～45min；步骤3，过渡层制备：沉积条件为：向真空室内通入流量为30～60sccm的Ar气，刀具基体温度为400～500℃，负偏压为20～180V，负偏压占空比20％～80％，真空度为0.3～0.9Pa；在此沉积条件下，采用纯度为99.99％的纯钛靶材，沉积厚度为150～300nm的纯Ti过渡层；步骤4，梯度涂层制备：沉积条件为：过渡层制备完毕后，关闭Ar气，向真空室中通入流量为10～50sccm的高纯N₂气，再通入流量为30～60sccm的高纯Ar气，真空度保持0.3～0.6Pa，基片温度为400～500℃，负偏压为20～180V，负偏压占空比20％～80％；采用以下方法制备不同成分梯度涂层：采用TiAl合金靶材和至少一个X靶材共溅射的方法，保持TiAl合金靶材功率不变，X靶材以恒定速率增加，制备成分梯度涂层；步骤5，随炉降温至100℃以下，取出刀具，常温冷却。