[发明专利]AlMoCN梯度复合涂层刀具及其制备方法

摘要

本发明属于机械制造切削刀具领域，特别是涉及一种AlMoCN梯度复合涂层刀具及其制备方法，该涂层采用非平衡磁控溅射和电弧镀的复合镀膜方法制备的AlMoCN梯度涂层刀具，涂层刀具由内至外依次为刀具基体、Ti过渡层、AlMoC过渡层和氮含量梯度渐变的AlMoCN梯度复合涂层。该AlMoCN超硬碳氮化合物涂层由于在涂层中同时增加了Al、Mo等两种元素，且涂层结构成分氮含量梯度渐变，可提高刀具的综合使用性能。该涂层刀具具有很高的硬度和强度，较低的表面摩擦系数，良好的抗扩散磨损性能和优异的摩擦磨损特性。切削过程中该刀具可减小干切削过程中的摩擦和切屑粘结，降低切削力和切削温度35％以上，提高涂层刀具热稳定性50％以上，提高刀具使用寿命和耐用度70％以上。

主权项

1.一种AlMoCN梯度复合涂层刀具的制备方法，刀具基体材料为高速钢、工具钢、模具钢、硬质合金、陶瓷或立方氮化硼中的一种，涂层刀具由内至外依次为刀具基体、Ti过渡层、AlMoC过渡层和氮含量梯度渐变的AlMoCN梯度复合涂层，其特征在于，沉积方式为采用非平衡磁控溅射和电弧镀的复合镀膜方法，沉积时使用2个非平衡磁控溅射AlMoC复合靶，2个电弧镀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沉积AlMoC过渡层和氮含量梯度渐变的AlMoCN梯度复合涂层，具体步骤如下：(1)前处理：将刀具基体表面抛光，去除表面油污、锈迹等杂质，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8.0×10^‑3Pa，加热至250℃，保温20～25min；(2)离子清洗：通Ar气，其压力为1.3Pa，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30min，开启电弧镀Ti靶电源，Ti靶电流50A，偏压300V，离子轰击2～3min；(3)沉积Ti过渡层：Ar气压0.8～0.9Pa，偏压降至250V，Ti靶电流75A，沉积温度240℃，电弧镀Ti过渡层4～5min；(4)沉积AlMoC过渡层：Ar气压0.6～0.7Pa，偏压调至200V，关闭电弧镀Ti靶电源，沉积温度230℃，开启非平衡磁控溅射AlMoC靶电流40A，沉积AlMoC过渡层4～5min；(5)沉积AlMoCN梯度复合层：开启N₂，N₂气压为0.5Pa，Ar气压0.7～0.8Pa，偏压200V，AlMoC靶电流40A，沉积温度220℃，沉积AlMoCN复合层4～5min；其它参数不变，升高N₂气压，N₂气压每次升高0.1Pa，沉积AlMoCN复合层4～5min，直至N₂气压升至1.9Pa，再沉积AlMoCN复合层4～5min；(6)后处理：关闭各电源、离子源及气体源，涂层结束。