[发明专利]阴极磁场调制的硬质涂层刀具及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及切削刀具以及薄膜材料制备领域，具体而言，涉及一种阴极磁场调制的硬质涂层刀具及其制备方法和应用。该刀具包括刀具基体以及沉积在基体上的具有多层结构的氮化物涂层，氮化物涂层由多个交替单元组成，交替单元中包括一个应力为‑2GPa～‑5GPa的低应力层与一个应力为‑6GPa～‑8GPa的高应力层；氮化物涂层的厚度在8μm以上。刀具基体与涂层之间具有优异的膜基结合力。本发明还提供了上述刀具的制备方法，该制备工艺简单、生产成本低。本发明制备的刀具可以应用于中低碳钢、铸铁或不锈钢材料的机械加工领域。

技术领域

本发明涉及切削刀具以及薄膜材料制备领域，具体而言，涉及一种阴极磁场调制的硬质涂层刀具及其制备方法和应用。

背景技术

随着“中国制造2025”发展计划的高速推进，现代切削加工工艺对加工效率提出了极为严苛的要求，因此迫切需求一种高耐磨、高抗冲击且使用寿命长久的刀具。传统的方法通常是利用物理气相沉积电弧离子镀在刀具上涂覆一层多元氮化物硬质涂层材料。但采用电弧离子镀制备的涂层通常存在较大的残余压应力，限制了硬质防护涂层的厚度（通常为1μm ~6μm以保证良好的膜基结合），进而导致刀具基体的耐磨性、抗冲击性以及使用寿命提升受限。因此，在保证涂层性能和良好膜基结合的前提下，有效提升涂层的厚度，是解决该问题的有效方法之一。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种刀具，所述的刀具具有高耐磨、高抗冲击以及切削寿命长等优点。

本发明的第二目的在于提供一种所述的刀具的制备方法和应用，该方法解决了刀具基体上沉积的氮化物涂层厚度提升有限的技术问题，通过该方法制备的刀具的涂层厚度在8μm以上。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

刀具，包括刀具基体及沉积在所述刀具基体上的氮化物涂层；

所述氮化物涂层包括多个交替单元，所述交替单元包括一个低应力层与一个高应力层；

所述低应力层的应力为-2GPa ~-5GPa；所述高应力层的应力为-6GPa ~-8GPa；

所述氮化物涂层的厚度≥8μm。

刀具的制备方法，包括以下步骤：

提供刀具基体；

在所述刀具基体上经物理气相沉积电弧离子镀法沉积氮化物涂层；

所述低应力层具有弱阴极磁场引起的高密度“液滴”缺陷，所述高应力层具有强阴极磁场引起的低密度“液滴”缺陷；

所述弱阴极磁场的靶材中心磁场强度为0.01Gs~50Gs，所述强阴极磁场的靶材中心磁场强度为100Gs~250Gs；

所述高密度“液滴”缺陷的密度为0.5个/平方微米，所述低密度“液滴”缺陷的密度为0.1个/平方微米。

刀具在中低碳钢、铸铁或不锈钢材料的机械加工中的应用；

所述机械加工包括车削、铣削、钻削、镗削及磨削中的至少一种。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）通过该方法制备的刀具具有高耐磨性、高抗冲击性和长久的切削寿命。

（2）本发明制备刀具的方法是通过阴极磁场调控涂层中“液滴”分布，结合多层调制结构设计，将具有高密度“液滴”的低应力层和具有低密度“液滴”的高应力层有机结合起来。从而制备得到了厚度大、硬度高、结合力强的氮化物硬质涂层，进而将该涂层沉积到刀具上。该方法具有制备工艺简单，可操作性强、可控性好，生产成本低的优异特性。