[发明专利]一种梯度成分设计的纳米复合刀具涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种梯度成分设计的纳米复合刀具涂层，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，然后通过弧靶电流的渐变调节，涂镀硅含量梯度增加的钛铝硅氮化物涂层，最后再涂镀一层富硅的钛硅氮化物涂层，其中氮化钛过渡层的厚度0.1～0.3微米，梯度变化钛铝硅氮层1～4微米，表面富硅钛硅氮层0.2～0.5微米；

其涂层配方按原子百分比配比如下：

氮化钛过渡层：钛45～55 at.%，氮55～45 at.%；

钛铝硅氮涂层：铝25～30at.%，钛20～25at.%，硅0～10at.%，氮45～47at.%；

钛硅氮涂层：钛35～40at.%，硅8～12at.%，氮48～57at.%。

2.一种权利要求1所述的梯度成分设计的纳米复合刀具涂层的制备方法，其特征在于如下步骤：

（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，装入离子镀膜机中，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400～500℃；打开Ar气流量阀，调节真空室约为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100～200A，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0.8～3.5 Pa温度300～500℃条件下，沉积TiN过渡层5～15 min；

（2）根据梯度涂层结构要求，打开TiAl原子比50:50靶，调节弧源电流150A，沉积TiAlN层5～10min，再开启TiSi原子比80:20靶，调节电流为80A，沉积TiAlSiN层5～10min，在接下来的镀膜过程中，选择弧靶电流渐变模式，即TiAl原子比50:50靶电流随镀膜时间逐渐减小到70A，TiSi原子比80:20靶电流逐渐增加到150A，沉积Si含量梯度增加的TiAlSiN梯度纳米复合涂层30～70min，然后关闭TiAl原子比50:50靶，保持TiSi原子比80:20靶镀表面富Si的TiSiN层5～25min，关闭TiSi原子比80:20靶，关闭偏压电源，关闭N₂气流量阀，完成镀膜后，刀具随炉降温至150～200℃后取出常温冷却即可。