[发明专利]一种刀具复合涂层的制备方法

说明书

本发明提供了一种刀具复合涂层的制备方法，具体为：A)将清洗后的刀具装夹在高功率脉冲磁控溅射仪的工件架上，抽真空后开启加热器，再调节电加热器；B)在高功率脉冲磁控溅射仪的腔体中通入惰性气体，开启偏压电源对刀具进行辉光清洗；C)辉光清洗结束后，调节高功率脉冲磁控溅射仪腔体的真空度，开启钛靶沉积Ti层；D)轰击完毕后，打开氮气流量计阀门后沉积TiN层与TiSiN层，冷却后得到刀具涂层。本发明利用高功率脉冲磁控溅射技术沉积制备TiSiN纳米复合涂层，该TiSiN基刀具涂层制备工艺稳定可靠，重复性强，对难加工材料的高速加工、各种机械零部件产品的性能的提升及装备制造业的发展具有重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及刀具涂层制备领域，尤其涉及利用高功率脉冲磁控溅射技术制备刀具复合涂层的方法。

背景技术

作为数控、磨具加工技术关键的刀具，其性能对切削加工的效率、精度与表面质量有着决定性的影响。涂层刀具是利用气相沉积方法在高强度的硬质合金或高速钢刀具基体表面涂覆几个微米的高硬度、高耐磨性的难熔金属或非金属化合物涂层。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化和摩擦系数小等特性。MeSiN纳米复合涂层通过在传统的TiN或者CrN等单相涂层中加入一定含量的Si元素，发生热力学上的调幅分解，生成由非晶原子层(Si₃N₄)包覆纳米晶过渡金属氮化物(TiN，CrN等)的纳米复合结构，由于纳米晶体的强化效应及非晶层限制晶粒的滑移和转动对纳米晶晶界的强化作用，涂层表现出传统硬质涂层难以达到的高硬度，而且涂层高温下的组织稳定性、热硬性和抗氧化性等性能也大幅度提高，适应于高速切削条件下对涂层性能的苛刻要求。但MeSiN纳米复合涂层的推广和应用还存在着大量的有待解决的问题，比如膜基结合力及钢材切削性能的进一步提高、内应力的减小等。

磁控溅射镀和电弧离子镀是现阶段制备刀具涂层的两种主流技术，但是电弧离子镀成膜表面会有各种缺陷包括液滴、硬质颗粒和针孔等，这些极大限制了膜的应用范围。传统的磁控溅射技术以其低温沉积、表面光滑、无颗粒缺陷等诸多优点，但溅射金属大多以原子状态存在，金属离化率低，导致膜基结合力较差，涂层易剥落失效。针对现有技术的现状，亟需提供一种膜基结合力优异，且表面结构致密光滑的刀具涂层的制备工艺。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种刀具复合涂层的制备方法，本申请制备了刀具的TiSiN复合涂层，膜基结合力优异，且表面结构致密光滑。

有鉴于此，本申请提供了一种刀具复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

A)，将清洗后的刀具装夹在高功率脉冲磁控溅射仪的工件架上，抽真空，高功率脉冲磁控溅射仪腔体的真空度高于(1～5)×10^-3Pa时开启加热器至温度为300～500℃，工件架的转速为2～5rpm，当真空度为(1.2～5.5)×10^-3Pa时，调节电加热器至温度为200～400℃；

B)，在高功率脉冲磁控溅射仪的腔体中通入惰性气体，开启偏压电源对刀具进行辉光清洗，真空度为0.3～0.9Pa，偏压为800～1200V；

C)，辉光清洗结束后将高功率脉冲磁控溅射仪腔体的真空调节为(1～9)×10^-1Pa，开启高功率脉冲磁控溅射电源溅射钛靶，轰击刀具基体生长Ti金属结合层，偏压为500～1000V，占空比3～5％；

D)，轰击完毕后，偏压降至50～400V，脉冲电源占空比为3％，打开氮气流量计阀门调节真空室气压为0.6～0.7Pa，控制TiSi靶材的功率为1～3KW，峰值脉冲电压为800～1000V，开始沉积TiN过渡层和TiSiN功能层，沉积60～100min，冷却后得到刀具复合涂层。

优选的，所述刀具的基体材质为硬质合金基体、不锈钢、高速钢或工具钢。

优选的，步骤B)中，所述辉光清洗的时间为10～30min。