[发明专利]SiZrCN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SiZrCN梯度复合涂层刀具及其制备方法，该涂层为采用非平衡磁控溅射和电弧镀的复合镀膜方法制备的SiZrCN梯度涂层刀具，涂层刀具表面为氮含量梯度渐变的SiZrCN梯度复合涂层，刀具基体与涂层间依次为Ti过渡层和SiZrC过渡层。该SiZrCN超硬碳氮化合物涂层由于在涂层中同时增加了Si、Zr等两种金属，且涂层结构成分氮含量梯度渐变，可提高刀具的切削加工性能。该涂层具有很高的硬度、热稳定性，同时具有良好的抗扩散磨损性能、抵抗塑性变形能力和优异的摩擦磨损特性。切削过程中该刀具可有效防止切削刃崩刃及热裂纹的产生，保证工件加工表面质量，同时提高刀具使用寿命70％以上。

主权项

1.一种SiZrCN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，涂层刀具由内到外依次为刀具基体、Ti过渡层、SiZrC过渡层和氮含量梯度渐变的SiZrCN梯度复合涂层， 其特征在于，沉积方式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SiZrC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SiZrC过渡层和氮含量梯度渐变的SiZrCN梯度复合涂层，其制备方法的具体步骤如下：(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20~25min；(2)离子清洗：通Ar气，其压力为1.5Pa，开启偏压电源，电压600V，占空比0.4，辉光放电清洗20min；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60A，偏压300V，离子轰击2~3min；(3)沉积Ti过渡层：Ar气压0.7~0.8Pa，偏压降至220V，Ti靶电流80A，沉积温度200℃，电弧镀Ti过渡层5~6min；(4)沉积SiZrC过渡层：Ar气压0.6~0.7Pa，偏压调至200V，关闭电弧镀Ti靶电源，开启非平衡磁控溅射SiZrC靶电流40A，沉积SiZrC过渡层层5~6min；(5)沉积SiZrCN梯度复合层：开启N₂，N₂气压为0.9Pa，Ar气压0.7~0.8Pa，偏压180V，SiZrC靶电流40A，沉积温度220℃，沉积SiZrCN复合层14~15min，其它参数不变，升高N₂气压，N₂气压每次升高0.1Pa，沉积SiZrCN复合层14~15min，直至N₂气压升至1.4Pa，再沉积SiZrCN复合层14~15min；(6)后处理：关闭各电源、离子源及气体源，涂层结束。