[发明专利]AlNbC/AlNbCN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切削刀具领域，特别是涉及一种AlNbC/AlNbCN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+电弧离子镀的复合镀膜方法，直接采用AlNbC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AlNbC/AlNbCN叠层复合涂层刀具，刀具基体表面沉积有涂层，所述涂层从内到外依次为：Ti过渡层、AlNbC涂层与AlNbCN涂层交替的叠层复合结构，最外层为AlNbCN涂层。所制备的AlNbC/AlNbCN叠层复合涂层刀具综合了AlNbC碳化物涂层、AlNbCN碳氮化合物涂层及叠层结构的优点，具有优良的物理机械性能，可广泛应用于钢、不锈钢、铸铁、耐热合金、钛合金等材料的粗加工及精加工。

主权项

1.一种AlNbC/AlNbCN叠层复合涂层刀具，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、立方氮化硼中一种，刀具基体表面沉积有涂层，涂层从内到外依次为：Ti过渡层、AlNbC涂层与AlNbCN涂层交替的叠层复合结构，最外层为AlNbCN涂层；涂层刀具沉积方式为采用非平衡磁控溅射+电弧离子镀复合镀膜方法，沉积时使用2个非平衡磁控溅射AlNbC复合靶，2个电弧离子镀Ti靶：首先采用电弧离子镀沉积Ti过渡层，然后采用非平衡磁控溅射方法交替沉积AlNbC涂层与AlNbCN涂层，最外层为AlNbCN涂层；非平衡磁控溅射AlNbC复合靶包含重量分数为55‑70wt％的Al、20‑30wt％的Nb和10‑15wt％的C；其制备工艺为：(1)对刀具基体表面前处理：首先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50min，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30min；(2)对刀具基体表面离子清洗：通Ar气，调其压力为1.2Pa，开启偏压电源，电压600V，占空比0.4，辉光放电清洗40min；降低偏压至450V，占空比0.2，开启离子源离子清洗35min，开启电弧离子镀Ti靶电源，Ti靶电流55A，偏压300V，占空比0.2，离子轰击2～3min；(3)采用电弧离子镀在刀具基体表面沉积Ti过渡层：调Ar气压0.8～0.9Pa，偏压降至200V，调电弧离子镀Ti靶电流80A，沉积温度200℃，沉积Ti过渡层5～6min；(4)采用非平衡磁控溅射在Ti过渡层上沉积AlNbC涂层：关闭电弧离子镀Ti靶电源，调Ar气压0.9～1.0Pa，偏压调至120V，沉积温度170℃，开启非平衡磁控溅射AlNbC复合靶电流30A，沉积AlNbC涂层3～4min；(5)采用非平衡磁控溅射在AlNbC涂层上沉积AlNbCN涂层：开启N₂，N₂气压为1.2Pa，Ar气压0.7～0.8Pa，偏压150V，调非平衡磁控溅射AlNbC复合靶电流30A，沉积温度170℃，复合沉积AlNbCN涂层3～4min，沉积完成关闭N₂；(6)采用非平衡磁控溅射在AlNbCN涂层上沉积AlNbC涂层：调Ar气压0.9～1.0Pa，偏压调至120V，沉积温度170℃，开启非平衡磁控溅射AlNbC复合靶电流30A，沉积AlNbC涂层3～4min；(7)重复(5)、(6)、(5)…(5)，交替沉积AlNbCN涂层、AlNbC涂层、AlNbCN涂层···AlNbCN涂层，共沉积70min：(8)后处理：关闭各靶电源、离子源及气体源，涂层结束。