[发明专利]一种滚插齿刀涂层工艺

说明书

本发明涉及硬质涂层技术领域，具体涉及一种滚插齿刀涂层工艺，通过基体前处理、装炉抽真空加热、灯丝清洗、镀结合层、镀功能层、随炉冷却、出炉等步骤进行试片基体的涂层，添加B元素到CrAlN中，会在纳米级fcc‑AlCrN晶粒周围形成一层薄的BNx相包裹，使涂层具有超高硬度。在AlCrBN涂层中还发现存在c‑BN和hcp‑BN相，可以提高涂层的摩擦性能。W元素的掺杂能生成硬度较高的WN或W₂N相，且W原子溶入CrN晶格内可形成置换固溶体，使其具备更突出的力学性能及抗磨损性能。Si元素的掺杂可使涂层具有一定非晶态结构，形成晶体‑非晶复合结构，赋予了涂层较高的塑性变形抗力、高的硬度和耐磨性，由此获得良好的高温耐磨性。

技术领域

本发明涉及硬质涂层技术领域，具体涉及一种滚插齿刀涂层工艺。

背景技术

滚插齿刀具都是用来加工齿轮的工具，其加工特点对刀具的硬度、耐磨性以及高温抗氧化性均有较高要求。CrAlN涂层作为一种较为典型的单层涂层，由于其较高的硬度、耐磨性和防腐蚀特性，已成为滚插齿刀具的首选涂层。尽管如此，CrAlN涂层在一些加工条件极为苛刻的应用场景下，如在1000℃甚至更高温度下的干式高速切削加工，其高温抗氧化性仍呈现出一定的局限性。

随着刀具涂层技术的不断发展，研究人员逐渐发现二元与多元等单层的氮化物硬质膜层中，膜层与基体间的结合强度较低，而通过采用多元多层及梯度膜层设计，既能集合各种单层膜材料的优势，同时多层膜的界面有效的打断了柱状晶的生长，阻碍了位错的运动，改变了裂纹的发展方向，增加了膜层与基体之间的匹配，使得膜层具有更高的冲击韧性，而梯度化的设计降低了膜层中的残余应力，能够大幅提高基体与膜层之间的结合力，使薄膜具有较高的综合性能和使用寿命。专利CN 102922052A即提出了一种应用于滚齿刀具的AlTiN-AlCrN超硬纳米多层复合涂层制备方法，相较于传统的单层涂层在耐磨性及附着力方面呈现出一定优势，但其高温抗氧化性仍有待进一步提升。

为进一步提高涂层的机械性能和热稳定性能，可以将W元素加入多元涂层中。研究表明，在Cr-Al-N涂层体系中，W2N作为子层存在于多层体系结构中可以明显改善涂层的力学性能、抗高温氧化性及耐蚀性能。而Si的掺入可以形成界面相SiN，形成包裹纳米晶Cr-Al-N的纳米晶复合结构，由此获得涂层硬度显著升高的强化效应，同时Si元素在高温下生成的SiO2能够有效阻止氧元素的扩散，因而还能够提升Cr-Al-N涂层的抗氧化性能。另一方面，在涂层中掺入B元素能够产生固溶强化、晶粒细化等效应，从而显著地提高涂层的硬度和摩擦磨损性能。

在上述思路下，需要提供一种有效的工艺方法，在Cr-Al-N涂层体系下实现W、Si、B等元素掺杂并充分利用多层复合涂层的结构优势，从而应用至滚插齿类刀具，提高其各项切削性能。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种滚插齿刀涂层工艺。

实现本发明目的的技术方案是：一种滚插齿刀涂层工艺，具有以下步骤：

步骤一，基体前处理，用无水乙醇对试片基体超声波清洗，冷风吹干；

步骤二，装炉抽真空，先粗抽后细抽，直至真空；

步骤三，加热，开加热器加热至温度450℃～550℃；

步骤四，灯丝清洗，通入氩气，保持真空度，打开灯丝电源，进行清洗；

步骤五，镀结合层，通入氮气，保持真空度，打开靶材，设置弧电流以及偏压；

步骤六，镀功能层，通入氩气，保持真空度，交替沉积Cr-Al-B-N层和Cr-Al-Si-W-N层，

所述Cr-Al-B-N层各元素占比如下：Cr 10%～20%, AL 20%～30%，B 5～10%，N 40%～65%；

所述Cr-Al-Si-W-N 层各元素占比如下：Cr 5%～20%, AL 10%～20%，Si 2～5%，W2%～5%，N 50%～81%；

步骤七，随炉冷却，关闭加热器，冷却后，破空将涂层后的试片基体取出。