[发明专利]AlMoCN梯度复合涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明属于机械制造切削刀具领域，特别是涉及一种AlMoCN梯度复合涂层刀具及其制备方法，该涂层采用非平衡磁控溅射和电弧镀的复合镀膜方法制备的AlMoCN梯度涂层刀具，涂层刀具由内至外依次为刀具基体、Ti过渡层、AlMoC过渡层和氮含量梯度渐变的AlMoCN梯度复合涂层。该AlMoCN超硬碳氮化合物涂层由于在涂层中同时增加了Al、Mo等两种元素，且涂层结构成分氮含量梯度渐变，可提高刀具的综合使用性能。该涂层刀具具有很高的硬度和强度，较低的表面摩擦系数，良好的抗扩散磨损性能和优异的摩擦磨损特性。切削过程中该刀具可减小干切削过程中的摩擦和切屑粘结，降低切削力和切削温度35％以上，提高涂层刀具热稳定性50％以上，提高刀具使用寿命和耐用度70％以上。

技术领域

本发明属于机械制造金属切削刀具领域，特别是涉及一种AlMoCN梯度复合涂层刀具及其制备方法。

背景技术

随着现代工业的发展，越来越多耐磨、耐热、高硬度的工程材料被开发出来，工件材料水平的提高，必然导致加工过程中刀具加速磨损。从高速钢刀具到硬质合金刀具，到超硬材料刀具，再到涂层硬质合金刀具、多元复合涂层刀具，刀具技术的发展十分迅速。刀具水平发展至今，拥有优越的性价比和综合性能的多元复合涂层硬质合金刀具成为首选。目前工业发达国家的涂层刀具使用量已占刀具总数的80％以上，数控机床上所用的刀具90％以上是涂层刀具。TiCN是目前最广泛使用的三元碳氮化合物涂层，TiCN涂层由于兼具TiC的高硬度和TiN的良好韧性，显著提高了其摩擦磨损性能(Jinlong Li,Shihong Zhang,Mingxi Li.Influence of the C₂H₂flow rate on gradient TiCN films deposited bymulti-arc ion plating[J].Applied Surface Science,2013(283):134-144.)，已广泛应用于铣削、攻牙、冲压、成型及滚齿的加工，在高速切削时比普通硬质合金刀具的耐磨性高5-8倍。中国专利“汽轮机转子轮槽铣刀表面TiCN多层复合涂层制备工艺”(专利号201510564738.5)利用Ti、氮气(N₂)与乙炔气体(C₂H₂)在450℃沉积温度下合成了TiCN涂层铣刀，解决了26NiCrMov145材料转子加工难题。

TiCN涂层虽然具有高硬度、低摩擦系数的优点，但同时因其热稳定性和红硬性较差，仅适合应用于低速切削或具有良好冷却条件的场合，需要对传统TiCN涂层结构和制备方法进行改进。目前，多元化是材料改善力学性能、耐蚀性和耐磨性的有效途径，通过制备多元复合涂层，既可提高涂层与基体的结合强度，又兼顾多种单涂层的综合性能，显著提高涂层刀具的性能。

目前TiCN等碳氮化合物主要通过化学气相沉积技术(CVD)等技术制备，即通过TiCl₄(或Ti靶)、CH₄(或C₂H₂)以及N₂等气体反应生成，沉积温度通常超过400-500℃，对基体产生不利影响，同时气体碳源容易对涂层设备造成污染，制约了其广泛应用。

发明内容

本发明的目的在于克服目前现有碳氮化合物涂层刀具性能及制备方法的不足，结合多元复合涂层结构的优点提供一种AlMoCN梯度复合涂层刀具及其制备方法。该刀具采用非平衡磁控溅射+电弧镀的复合镀膜方法，直接采用AlMoC复合靶提供碳源，且沉积温度控制在300℃以下，可在更为广泛的刀具或工具基体上制备。该涂层结构由基体到涂层表面依次为：Ti过渡层、AlMoC过渡层以及氮含量梯度渐变的AlMoCN梯度复合涂层。