[发明专利]Ti－Al－N涂层的时效硬化处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对物理气相沉积涂层的时效硬化热处理方法，特 别是指一种Ti-Al-N涂层的时效硬化处理方法。

背景技术

时效硬化又称析出硬化，这一热处理方法普遍应用于Al合金、 钢材等块状合金领域，但在涂层领域应用不多。采用物理气相沉积 (PVD)方法制备的Ti-Al-N涂层由于其高硬度和高温抗氧化性，成 为当前切削刀具领域应用最广泛的涂层材料。这一涂层的结构为Al 原子固溶到面心立方(c)TiN中的置换固溶体，其性能在很大程度 上决定于Al含量；高的Al含量可以提高涂层的硬度和抗氧化性能， 但过高的Al含量会导致涂层的晶体结构由面心立方结构向密排六方 结构(h)转变，从而使涂层的力学性能急剧下降，失去应用价值。 常温下，Al在TiN中的固溶度很低，一般来说，实际应用中的Ti-Al-N 涂层均为具有TiN立方结构的过饱和固溶体，处于亚稳状态。高速切 削和干式切削时刀具刃口附近的温度可达1000℃以上，在此温度下， 亚稳相的Ti-Al-N涂层会向其稳定相(c)TiN和(h)AlN转化而导 致其机械性能急剧降低，失去原有涂层的作用。经试验发现，在一定 的温度下(650-1000℃)退火处理Ti-Al-N涂层会产生时效硬化效应， 涂层发生调幅分解析出纳米尺寸的c-TiN和c-AlN，从而提高了涂层 的硬度。虽然切削过程中也可能使涂层刀具的温度达到或经过时效硬 化所需的温度，但因为时间极其短暂而达不到调幅分解所需的形核时 间，因此，在Ti-Al-N涂层刀具的切削过程中的“自硬化”效应很难 实现。到目前为止，还未发现有文献报道对物理气相沉积(PVD)方 法制备的Ti-Al-N涂层后续强化处理的方法。

发明目的

本发明的目的在于提供一种工艺方法简单、硬化效果明显的 TiAlN涂层时效硬化处理方法，通过控制时效硬化温度及时间，达到 使c-TiAlN涂层时效硬化时发生调幅分解仅析出纳米尺寸的c-TiN和 c-AlN，从而提高涂层的硬度，达到时效硬化的目的。

本发明---TiAlN涂层时效硬化处理方法是采用下述方案实现 的：将Ti_xAl_1-xN(0.3＜x＜0.7)涂层置于保护气氛中加热到650-1000℃， 保温20-180min。

本发明中，所述保护气氛为真空气氛或惰性气氛。

本发明中，所述加热温度为750-900℃，所述保温时间为60-140 min。

本发明中，所述加热温度为800-850℃，所述保温时间为 90-110min。

本发明的工作原理简述于下：