[发明专利]AlNbCN多元梯度复合涂层刀具及其制备方法

摘要

本发明属于机械加工切削刀具领域，涉及一种AlNbCN多元梯度复合涂层刀具及其制备方法，涂层刀具由内至外依次为：刀具基体、Ti过渡层、AlNbC过渡层以及氮含量梯度渐变的AlNbCN多元梯度复合涂层，采用中频磁控溅射和电弧镀的复合镀膜方法制备。该AlNbCN超硬碳氮化合物涂层由于在涂层中同时增加了Al、Nb等两种元素，且涂层结构成分氮含量梯度渐变，可显著提高刀具的切削加工性能。该AlNbCN多元梯度复合涂层刀具具有很高的硬度和强度，较低的表面摩擦系数，良好的抗高温氧化性能和优异的摩擦磨损特性。切削过程中该刀具可减小刀具表面的摩擦和切屑粘结，降低切削力和切削温度45％以上，提高涂层刀具热稳定性65％以上，提高刀具使用寿命和耐用度60％以上。

主权项

1.一种AlNbCN多元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、AlNbC过渡层以及氮含量梯度渐变的AlNbCN多元梯度复合涂层，其特征在于，沉积方式采用中频磁控溅射和电弧镀的复合镀膜方法，沉积时使用2个中频磁控溅射AlNbC复合靶，2个电弧镀Ti靶， 首先采用电弧镀沉积Ti过渡层，然后采用中频磁控溅射方法沉积AlNbC过渡层和氮含量梯度渐变的AlNbCN多元梯度复合涂层，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260℃，保温25～30min；(2)离子清洗：通Ar气，其压力为1.2Pa，开启偏压电源，电压600V，占空比0.3，辉光放电清洗20min；降低偏压至500V，占空比0.2，开启离子源离子清洗25min，开启电弧镀Ti靶电源，Ti靶电流65A，偏压250V，占空比0.2，离子轰击1～2min；(3)沉积Ti过渡层：Ar气压0.7～0.8Pa，偏压降至210V，Ti靶电流70A，沉积温度200℃，电弧镀Ti过渡层7～8min；(4)沉积AlNbC过渡层：Ar气压0.8～0.9Pa，偏压调至160V，关闭电弧镀Ti靶电源，沉积温度170℃，开启中频磁控溅射AlNbC靶电流35A，沉积AlNbC过渡层9～10min；(5)沉积AlNbCN多元梯度复合层：开启N₂，N₂气压为0.6Pa，Ar气压0.8～0.9Pa，偏压150V，AlNbC靶电流40A，沉积温度200℃，沉积AlNbCN复合层9～10min；其它参数不变，升高N₂气压，N₂气压每次升高0.1Pa，沉积AlNbCN复合层9～10min，直至N₂气压升至1.4Pa，再沉积AlNbCN复合层9～10min；(6)后处理：关闭各电源、离子源及气体源，涂层结束。