[发明专利]ZrCrC/ZrCrCN叠层复合涂层刀具及其制备工艺

摘要

本发明属于机械制造金属切削刀具领域，特别是涉及一种ZrCrC/ZrCrCN叠层复合涂层刀具及其制备工艺。本发明采用非平衡磁控溅射与电弧镀共沉积的方法制备ZrCrC/ZrCrCN叠层复合涂层刀具，刀具基体最外层为ZrCrCN涂层，刀具基体与ZrCrCN涂层间有Cr过渡层，ZrCrCN涂层与Cr过渡层之间是ZrCrC涂层与ZrCrCN涂层交替的复合叠层结构。该ZrCrC/ZrCrCN叠层复合涂层刀具综合了ZrCrC三元碳化物涂层、ZrCrCN四元碳氮化合物涂层及叠层结构的优点，具有高硬度、优异的耐磨性和良好的抗氧化性能，减缓涂层的过早剥落和裂纹的扩展，显著提高涂层刀具的综合使用性能，同时可降低切削过程的切削力和切削温度，提高涂层刀具热稳定性。所制备的ZrCrC/ZrCrCN叠层复合涂层刀具可广泛应用于各种黑色金属及有色金属的高速切削加工。

主权项

1.一种ZrCrC/ZrCrCN叠层复合涂层刀具的制备工艺，其特征在于：刀具基体材料为高速钢、工具钢、模具钢、硬质合金、陶瓷、金刚石或立方氮化硼中的一种，刀具基体最外层为ZrCrCN涂层，刀具基体与ZrCrCN涂层间有Cr过渡层，ZrCrCN涂层与Cr过渡层之间是ZrCrC涂层与ZrCrCN涂层交替的复合叠层结构；沉积方式为采用非平衡磁控溅射+电弧镀的复合镀膜方法，沉积时使用2个复合ZrCrC非平衡磁控溅射靶，2个电弧Cr靶：首先采用电弧镀沉积Cr过渡层，然后采用非平衡磁控溅射方法交替沉积ZrCrC涂层与ZrCrCN涂层，最外层为ZrCrCN涂层；其中，ZrCrC非平衡磁控溅射靶中包含重量分数为50％‑70％的Zr、20％‑35％的Cr和10％‑15％的C；具体包括以下步骤：(1)前处理：将刀具基体表面抛光，去除表面油污、锈迹杂质，然后依次放入酒精和丙酮中，超声清洗各25min，去除刀具表面油污和其它附着物，电吹风干燥充分后迅速放入镀膜机，抽真空至6.0×10^‑3Pa，加热至250℃，保温30～35min；(2)离子清洗：通Ar气，其压力为1.6Pa，开启偏压电源，电压600V，占空比0.2，辉光放电清洗30min；降低偏压至400V，开启离子源离子清洗20min，开启电弧Cr靶电源，Cr靶电流60A，偏压300V，离子轰击1～2min；(3)沉积Cr过渡层：Ar气压0.6～0.7Pa，偏压降至250V，Cr靶电流60A，沉积温度240℃，电弧镀Cr过渡层4～5min；(4)沉积ZrCrC层：Ar气压0.5～0.6Pa，偏压调至180V，关闭电弧Cr靶电源，开启磁控溅射ZrCrC靶电流30A，沉积ZrCrC层4～5min；(5)沉积ZrCrCN层：开启N₂，N₂气压为1.5Pa，Ar气压0.6Pa，偏压200V，ZrCrC靶电流40A，沉积温度200℃，复合沉积ZrCrCN层4～5min；(6)沉积ZrCrC层：关闭N₂，重复(4)；(7)沉积ZrCrCN层：开启N₂，重复(5)；(8)重复(4)、(5)、(4)……(5)，交替沉积ZrCrC层、ZrCrCN层、ZrCrC层···ZrCrCN层共80min；(9)后处理：关闭各靶电源、离子源及气体源，涂层结束。