[发明专利]一种AlTiN-MoN纳米多层复合涂层铣刀及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜材料技术领域，特别涉及一种AlTiN-MoN纳米多层复合涂层铣刀及其制备方法。

背景技术

随着中国工业的进一步发展，切削加工技术向着高速、高效、干式的方向逐步迈进。高速铣削是目前高速切削应用的主要工艺，高速铣刀是实现高速铣削加工的重要技术之一。高速切削加工技术集高效、优质和低耗于一身，不仅切削效率高，而且表面加工质量好、单位切削力小，但对刀具材料的耐磨性能和红硬性能要求也提出了更高的要求。现最普遍使用的硬质合金刀具的磨损及高温软化问题在高速铣削过程中却难以避免。这严重制约了刀具使用寿命和工作效率，更影响工件表面质量。因此，如何降低刀具磨损及高温软化问题显得尤为重要。

刀具涂层技术的发展为提高刀具工作效率和增加刀具使用寿命带来新的思路。刀具涂层技术是把具有较高硬度的涂层材料涂覆在韧性较好的刀具基体上以解决刀具存在的强度和硬度之间的矛盾。涂层摩擦系数较低，可降低切削时的切削力和切削温度的提高，同时其热传导系数较低，能有效改变热流方式 ，使刀具和工件的温度不致过高，大大提高刀具耐用度，同时也提高刀具工作极限速度。此外，涂层可以有效地提高刀具的抗磨性能，对金属切削过程中的刀具磨损问题有很好的改善作用。目前，我国刀片中涂层类约占15％，在国外有70％以上的可转位刀片是涂层硬质合金刀具，80％左右的新型数控机床所用切削刀具使用涂层硬质合金刀具。发展涂层硬质合金刀具是提高我国制造加工效率的一个重要方向。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铣刀刀具的高技术要求，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涂层和TiAlN涂层耐温有限，当铣刀使用温度超过500℃时，TiN涂层开始失效，而TiAlN的耐温也在700℃左右，不能满足铣刀高速加工的要求。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1∶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。

MoN涂层是较新的涂层材料，而元素Mo和N对刀具和工件的摩擦化学具有独特的作用。一般认为Mo是形成减摩反应膜的主要元素，而N对摩擦副和润滑油之间的摩擦化学反应具有良好的促进作用。MoN涂层不易因磨损脱落产生磨粒，故有利于形成大面积的连续摩擦化学反应膜，从而减轻摩擦磨损。

发明内容

本发明本发明的目的就是针对上述现有技术的现状，提供了一种AlTiN-MoN纳米多层复合涂层铣刀及其制备方法。

本发明产品的技术方案是：一种AlTiN-MoN纳米多层复合涂层铣刀，其特征在于：所述铣刀表面有从内到外由结合层、过渡层、耐磨层依次构成的复合涂层，且：结合层为Mo层；过渡层为MoN层；耐磨层为AlTiN/MoN层。

 

为进一步提高本发明产品的性价比：

所述复合涂层的厚度为0.62-5微米，其中结合层厚度在20-200纳米之间；过渡层厚度在100-300纳米之间；耐磨层厚度在0.5-4.5微米之间。

所述铣刀的基体为硬质合金、不锈钢、高速钢、碳钢或模具钢。

所述耐磨层为AlTiN层和MoN层交替构成的AlTiN/MoN多层涂层；其AlTiN层单层的厚度为3-5纳米， MoN层单层的厚度为2-5纳米。

 

本发明的制备方法的技术方案是：采用电弧离子镀技术制备涂层，由下述步骤依次形成：

1）对铣刀进行辉光清洗后,在其表面沉积结合层，该结合层为Mo层；

2）在上步得到的结合层上沉积过渡层，该过渡层为MoN层；

3）在上步得到的过渡层上沉积耐磨层，该耐磨层为AlTiN/MoN层；自然冷却，即得。

   作为优选项：

  所述耐磨层为AlTiN层和MoN层交替构成的AlTiN/MoN多层涂层。

为进一步提高本发明方法的工效和质量，可进一步将各步骤的具体条件选择在：