[发明专利]一种含梯度及纳米多层结构的涂层刀具及制备方法

权利要求书

1.一种含梯度及纳米多层结构的涂层刀具，其特征在于，所述涂层刀具包括

基体材料(10)；以及

自所述基体材料(10)开始，依次沉积的结合层(20)、梯度层(30)、支撑层(40)和功能层(50)；

所述结合层(20)含有过渡金属元素Me；

所述梯度层(30)为第一MeN层，所述第一MeN层中N元素的含量从0开始、随着相对基体材料(10)的距离增大而增加；

所述支撑层(40)含有若干交替叠加的第二MeN层(410)和第一MeXN层(420)；

所述功能层(50)为第二MeXN层；

所述过渡金属元素Me包括Cr、Ti和Zr中的至少一种；

所述X元素包括Al和Si中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于，所述过渡金属元素Me还包括V、W、Hf、Mo、Ni、Nb、Ru和Ta中的至少一种。

3.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于，所述基体材料(10)为硬质合金、不锈钢、高速钢、工具钢、模具钢、轴承钢和金属陶瓷中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于，所述结合层(20)的厚度为10～50nm，所述梯度层(30)的厚度为100～2000nm，所述支撑层(40)的厚度为100～5000nm，所述功能层(50)的厚度为200～5000nm。

5.根据权利要求4所述的涂层刀具，其特征在于，所述结合层(20)、梯度层(30)、支撑层(40)和功能层(50)的总厚度为500～10000nm。

6.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于，所述第二MeN层(410)的厚度为5～50nm，所述第二MeN层(410)和第一MeXN层(420)的厚度比为1:(0.1～10)。

7.根据权利要求1所述的涂层刀具，其特征在于，所述第二MeXN层中Me与X的原子比为1:(0.2～5)。

8.根据权利要求1～7任一项所述的涂层刀具的制备方法，其特征在于，步骤包括：

S1：将所述基体材料(10)置于炉腔中，真空条件下加热；

S2：向步骤S1的炉腔中通入Ar气体，调节真空度后启动Me金属靶，在所述基体材料(10)表面沉积结合层(20)；

S3：关闭Ar气体，保持Me金属靶开启，往炉腔中通入N₂，调节N₂气体通入量由0sccm开始呈线性逐步增加，在步骤S2沉积的结合层(20)的上面沉积梯度层(30)；

S4：保持N₂气体通入量，轮流开启与关闭Me靶与MeX靶，在步骤S3沉积的梯度层(30)的上面沉积支撑层(40)；

S5：保持N₂气体通入量，单独开启MeX靶，在步骤S4沉积的支撑层(40)的上面沉积功能层(50)；

S6：功能层(50)沉积结束后，真空环境下随炉冷却至温度低于100℃，即得所述含梯度及纳米多层结构的涂层刀具。

9.根据权利要求8所述的涂层刀具的制备方法，其特征在于，步骤S1中，加热的温度为200～500℃，加热的时间为1～3h。

10.根据权利要求8所述的涂层刀具的制备方法，其特征在于，步骤S3中，N₂气体通入量的线性关系满足：

V_f＝k×t (1)，

式(1)中k为常数，气体流量V_f与时间t呈正线性关系。