[实用新型]碳-过渡金属硼化物复合涂层和切削工具

说明书

本实用新型公开了一种碳‑过渡金属硼化物复合涂层和切削工具，涉及陶瓷涂层技术领域。碳‑过渡金属硼化物复合涂层包括：层状结构设置的碳掺杂的过渡金属硼化物层和类金刚石层；沿碳掺杂的过渡金属硼化物层至类金刚石层的方向，碳掺杂的过渡金属硼化物层中碳含量梯度递增。本实用新型缓解了现有过渡金属硼化物涂层或掺杂的过渡金属硼化物涂层耐磨性差、硬度需进一步提升以及与基体结合力差的问题，本实用新型通过设置类金刚石层能够降低涂层接触面的摩擦系数，通过梯度式碳掺杂的过渡金属硼化物层的过渡，使得整个复合涂层不仅与基体结合力好，而且两层之间的结合力更强，复合涂层硬度高，不易脱落。

技术领域

本实用新型涉及陶瓷涂层技术领域，具体而言，涉及一种碳-过渡金属硼化物复合涂层和切削工具。

背景技术

过渡金属硼化物如ReB₂、IrB_1.1、WB、WB₄、TiB₂、CrB₂等是近年来发展起来的新一代超硬材料，不仅具有高达50GPa的硬度，还具有高的熔点、化学惰性、耐高温氧化性能以及良好的导热和导电性能，而且与铝合金、钛合金等有色金属及合金具有低的化学亲和力，是一种具有应用前景的新型超硬涂层材料，有望用于航空航天领域难加工材料的切削加工，以取代目前价格高昂的PCD及PCBN等进口刀具。但是，较高的摩擦系数影响了过渡金属硼化物涂层应用。

类金刚石涂层(DIAMOND-LIKE CARBON，DLC)是一种在微观结构上含有金刚石成分的涂层，构成DLC的元素为碳，碳原子和碳原子之间以sp3和sp2键的形式结合，由于含有金刚石成分，DLC具有很多优良的特性，如高硬度、低摩擦系数、极好的膜层致密性、良好的化学稳定性以及良好的光学性能等。

为了提升过渡金属硼化物涂层的性能，会在涂层中掺杂一些其他成分或增加其他成分层形成多层结构，目前掺杂的方式均采用均匀掺杂，以固定的掺杂量进行掺杂，掺杂后的涂层中不同厚度位置掺杂成分都是均匀分布的，掺杂量过多会影响硼化物涂层与基体的结合力，掺杂量过少对涂层性能提升作用小，容易出现松散、脱落、出现裂纹等情况。CN106086886 A公开了一种自润滑二硼化钛TiB₂/类金刚石DLC硬质涂层，将TiB₂陶瓷层与DLC周期性相互叠加，得到一种多层结构的TiB₂/DLC硬质涂层，涂层硬度较高、摩擦系数较小，但是这种纳米多层结构工艺复杂，需对每层涂层厚度进行控制，重复性差，多层复合后的性能不稳定，同时这种层状结构层与层之间由不同性能的成分构成，层与层之间的结合力差，易脱落。目前过渡金属硼化物涂层的硬度、耐磨性、结合力等综合性能仍然不能满足需求。

有鉴于此，特提出本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种碳-过渡金属硼化物复合涂层，通过设置类金刚石层能够降低涂层接触面的摩擦系数，通过梯度式碳掺杂的过渡金属硼化物层的过渡，使得整个复合涂层不仅与基体结合力好，而且两层之间的结合力更强，复合涂层硬度高，不易脱落。

本实用新型的目的之二在于提供一种包含所述的碳-过渡金属硼化物复合涂层的切削工具，具有与上述碳-过渡金属硼化物复合涂层相同的优势。

为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：

第一方面，提供了一种碳-过渡金属硼化物复合涂层，包括：层状结构设置的碳掺杂的过渡金属硼化物层和类金刚石层；

沿所述碳掺杂的过渡金属硼化物层至所述类金刚石层的方向，所述碳掺杂的过渡金属硼化物层中碳含量梯度递增。

优选地，在本实用新型技术方案的基础上，所述碳-过渡金属硼化物复合涂层还包括：过渡金属硼化物层；所述碳掺杂的过渡金属硼化物层位于所述过渡金属硼化物层和所述类金刚石层之间。