[发明专利]纳米复合涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米复合涂层刀具及其制备方法，该纳米复合涂层刀具包括刀具基体，所述刀具基体的外表面设有由内至外依次层叠的第一涂层、第二涂层、第三涂层和第四涂层；所述第一涂层为多种VIB族金属元素形成的合金涂层，所述第二涂层为第一氮化物层和第二氮化物层交替层叠而成的纳米超晶格涂层，所述第一氮化物层为氮元素和多种VIB族金属元素形成的氮化物层，所述第二氮化物层为TiBN纳米涂层，所述第三涂层为TiBCN纳米涂层，所述第四涂层为TiBC纳米涂层。该纳米复合涂层刀具具有较高的硬度、良好的耐磨耐腐蚀及自润滑性能，对有色金属加工，特别是铝合金材料加工具有良好的使用效果，且成本较低，极易大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及刀具领域，特别是涉及一种纳米复合涂层刀具及其制备方法。

背景技术

随着中国汽车、飞机、航空航天、模具等精密制造业的快速发展，金属加工刀具的生产规模越来越大，质量要求也越来越高。近年我国高端刀具市场约有200亿元人民币以上规模，但高端市场基本上为进口刀具，国产比率不足20％，依据2005-2013年我国进口刀具规模变化趋势分析，呈逐年增长趋势。

刀具表面涂层技术是应市场需求发展起来的一种优质表面改性技术，不仅有效地提高了刀具使用寿命，而且还大幅度地提高了机械加工效率。目前发达国家90％刀具采用涂层处理，我国涂层刀具比例较低，不足50％。因此有计划、按步骤的发展涂层技术，不仅能促进我国切削刀具产品技术水平的提高，而且还可获得巨大的经济效益和社会效益。

在高速高效切削加工中，对于高硬度、高耐磨难加工材料的切削加工，目前所使用的涂层刀具已无法满足要求，特别是近年来随着3C产品的开发应用，有色金属加工，特别是铝合金材料的加工成为刀具应用的一个重要领域。目前市场上存在的有色金属加工用刀具，在高端领域一般采用金刚石涂层刀具，大大增加了生产成本，同时金刚石涂层的生产过程对刀具基体要求严格，一般高速钢刀具无法涂覆金刚石涂层，而且金刚石涂层刀具耐温温度低，在切削过程中，需要使用大量的冷却液，目前市场上金刚石涂层加工产能有限，无法满足日益增长的市场要求。面对金刚石涂层的市场现状，对于一些中低端应用领域的铝合金切削加工刀具，为了控制成本，只能采用不涂层刀具进行加工，在铝合金切削加工中，由于铝合金材料粘刀造成的排屑不畅导致刀具失效是刀具报废的主要原因。

发明内容

针对上述现有的涂层刀具成本较高及生产难度大的问题，有必要提供一种具有高性能、低成本、易生产的纳米复合涂层刀具。

具体的技术方案如下：

一种纳米复合涂层刀具，包括刀具基体，所述刀具基体的外表面设有由内至外依次层叠的第一涂层、第二涂层、第三涂层和第四涂层；所述第一涂层为多种VIB族金属元素形成的合金涂层，所述第二涂层为第一氮化物层和第二氮化物层交替层叠而成的纳米超晶格涂层，所述第一氮化物层为氮元素和多种VIB族金属元素形成的氮化物层，所述第二氮化物层为TiBN纳米涂层，所述第三涂层为TiBCN纳米涂层，所述第四涂层为TiBC纳米涂层。

本发明的纳米复合涂层刀具的第一涂层作为合金粘结层，可以极大地提高后续涂层的附着力；第二涂层通过第一氮化物层和第二氮化物层交替层叠形成纳米复合超晶格结构，提高了涂层对刀具基体的结合力、涂层韧性和抗裂纹扩展能力；第三涂层为非晶纳米晶复合结构，具有长程无序和短程有序的特点，没有晶界和位错等缺陷，不会由于位错运动而产生滑移现象，且原子间的键合作用比一般晶态合金强，具有较高的强度、硬度和耐磨性，同时由于组织均匀且本身活性很高，因而能够在表面快速形成均匀致密的钝化膜，可以阻止内部进一步腐蚀，使刀具具有较高的硬度和良好的耐腐蚀性；第三涂层与第四涂层中的元素B、C与有色金属亲和性低，在加工过程中不粘刀、排屑顺畅，具有自润滑性，对有色金属加工，特别是铝合金材料加工具有良好的使用效果，且成本较低，极易大规模工业化生产。

在其中一个实施例中，所述第一涂层中的VIB族金属元素的种类和所述第一氮化物层中的VIB族金属元素的种类相同。