[发明专利]TiMoC/TiMoCN叠层涂层刀具及其制备方法

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TiMoC/TiMoCN叠层涂层刀具及其制备方法。本发明采用非平衡磁控溅射+电弧镀的复合镀膜方法，直接采用TiMoC复合靶作碳源，且沉积温度控制在300℃以下，可在更为广泛的刀具或工具基体上制备，所制备的TiMoC/TiMoCN叠层涂层刀具，刀具基体最外层为TiMoCN涂层，刀具基体与TiMoCN涂层间有Ti过渡层，TiMoCN涂层与Ti过渡层之间为TiMoC涂层与TiMoCN涂层交替的复合叠层结构。所制备的TiMoC/TiMoCN叠层涂层刀具综合了TiMoCN超硬碳氮化合物涂层、TiMoC超硬碳化物涂层及叠层结构的优点，可明显改善传统碳氮化合物涂层刀具的物理机械性能；同时，TiMoC/TiMoCN叠层复合结构通过叠层之间的界面可减缓涂层裂纹扩展，所述TiMoC/TiMoCN叠层复合涂层刀具可广泛应用于各种材料的干切削和高速加工。

主权项

1.一种TiMoC/TiMoCN叠层涂层刀具的制备方法，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TiMoCN涂层，刀具基体与TiMoCN涂层间有Ti过渡层，TiMoCN涂层与Ti过渡层之间为TiMoC涂层与TiMoCN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TiMoC非平衡磁控溅射靶，2个电弧Ti靶：首先采用电弧镀沉积Ti过渡层，然后采用非平衡磁控溅射方法交替沉积TiMoC涂层与TiMoCN涂层，最外层为TiMoCN涂层；其中，TiMoC非平衡磁控溅射靶包含重量分数为50％‑70％的Ti、20％‑40％的Mo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20min，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40min；(2)离子清洗：通Ar气，其压力为1.4Pa，开启偏压电源，电压600V，占空比0.3，辉光放电清洗25min；降低偏压至400V，占空比0.2，开启离子源离子清洗25min，开启电弧Ti靶电源，Ti靶电流40A，偏压300V，离子轰击1～2min；(3)沉积Ti过渡层：Ar气压0.8～0.9Pa，偏压降至250V，Ti靶电流80A，沉积温度220℃，电弧镀Ti过渡层4～5min；(4)沉积TiMoC层：Ar气压0.5～0.6Pa，偏压调至220V，关闭电弧Ti靶电源，开启磁控溅射TiMoC复合靶电流40A，沉积TiMoC层4～5min；(5)沉积TiMoCN层：开启N₂，N₂气压为1.5Pa，Ar气压0.8Pa，偏压200V，TiMoC靶电流35A，沉积温度250℃，复合沉积TiMoCN层4～5min；(6)沉积TiMoC层：关闭N₂，重复(4)；(7)沉积TiMoCN层：开启N₂，重复(5)；(8)重复(4)、(5)、(4)···：交替沉积TiMoC层、TiMoCN层、TiMoC层···TiMoCN层共80min；(9)后处理：关闭各靶电源、离子源及气体源，涂层结束。