一种刀具Ti35Al47Cr10Si5W3N五元复合新型超硬涂层涂覆方法技术

一种刀具Ti 35Al 47Cr 10Si 5W 3N五元复合新型超硬涂层涂覆方法，包括以下步骤：步骤1、刀具柄部进行毛化处理；步骤2、刀具刃口的钝化及表面净化处理：步骤3、对刀具进行涂层：步骤4、将步骤3的刀具用双向逆、反转动法除去该新型涂层的表面凸起涂层及表面熔滴；采用对柄部进行毛化处理，提升刀具在切削加工时的夹持力度，特别是保证了在高速或超高速机械加工时刀具的夹持力度；采用正逆反向转动法对刀具刃口进行前处理，去除刀具表面的氧化层及难洗净的污物，保证刀具基体与涂层间的附着力；同时对刃口进行钝化处理，使刃口形成一定的圆弧，保证刀具在切削加工时，特别是高速切削加工时不会产生刃崩缺等问题而影响到刀具寿命。不会产生刃崩缺等问题而影响到刀具寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种刀具Ti35Al47Cr10Si5W3N五元复合新型超硬涂层涂覆方法


[0001]本专利技术涉及切削工具的涂层，特别是涉及一种刀具Ti35Al47Cr10Si5W3N五元复合新型超硬涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]特理气相沉淀英文是特理气相沉积英文是Physical Vapor Deposition，简称为PVD，是切削工具表面涂层方式之，它具有沉积温度较低，不会环境污染，生产安全可靠而广受切削工具及耐磨零件行业欢迎，通过物理气相沉积所产生的涂层具有表面硬度高，耐磨性能好，化学稳定性高，隔热性能好等优点而广泛应用到切削工具行业，用来提升刀具切削性能的重要途径之一，现在市面上的常规PVD涂层刀具比没涂层刀具寿命提高3倍左右，切削速度可以提高20％
‑
70％降低切削加工费用20％
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50％。
[0003]现有的PVD涂层牌号已经由三元涂层(如TiAlN，AlCrN等)取代二元涂层(如TiN等)性能也得到进一步的提升，成为现在的主流涂层，虽然现在的三元涂层具有硬度高，磨擦系数小，耐磨性能好，化学稳定性高，隔热性能好等优点但是三元涂层在涂层过程中组分不受控制，因此基本上以单层涂层为主，具有加工使用范围窄，特性单一等缺点，在高速切削加工时因涂层隔热性能不好受使切削热传递到基体而软化基体的粘结剂，从而使刀具断裂或提高刀具的径向跳动，从而影响机械加工精度，因此，现在主流涂层将无法满足现在高速，高效，高精度机械加工；而且现在机械加工行业对材料高硬度加工的要求也日益扩大，三元涂层已经无法满足加工60HRC材料的要求，而且现在机械加工行业对刀具的使用寿命，刀具的加工效率要求也将进一步提升，因此现在三元涂层已经渐渐地无法满足现在机械加工行业高速发展的需要。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]本专利技术克服现有主流的三元、四元涂层的缺点，公开了一种含Ti，Al，Cr，Si，W，N的五元复合新型超硬涂层，并将其涂覆在刀具上，该制备出的五元复合超硬涂层采用复合涂层方法形成多层纳米结构的涂层，不但具有单层结构涂层的性能，而且具有多层结构的抗冲击优点，并且该涂层中层与层间的成分差异小，因此涂层附着力强，防脱膜或抗脱层能力强，而且具有硬度比现在主流涂层高300HV以上，耐磨性能更好，可加工的材料硬度高达70HRC；而且隔热性能更优秀，在高速加工时仍能保持刀具的刚性，提高高速加工时加工精度；不但可以在中低速加工中低硬度的材料时提高寿命30％以上，而且更适用于现在高速切削加工；同时解决了现在主流涂层无法加工硬度高于70HRC的材料难题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术的一种刀具
[0008]Ti35Al47Cr10Si5W3N五元复合新型超硬涂层涂覆方法，包括以下步骤：
[0009]步骤1、刀具柄部进行毛化处理；
[0010]步骤2、刀具刃口的钝化及表面净化处理：
[0011]步骤3、对刀具进涂层：
[0012]将TiSi靶、TiAl靶、AlCr靶，W靶放置于涂层炉内的相对位置，保证各层涂层的均匀性，并经过下述步骤：
[0013]3.1第一阶段:该阶段往炉腔内通入N2及Ar，N2流量控制为1150sccm，Ar流量控制为530sccm，反应压力控制在4.5e
‑
2mbar；气流及炉腔压力稳定后，TiSi靶蒸发电流为200A，温度提升到500℃，维持时间为6～7min，使基体涂上一层致密的，厚度为0.2
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0.5μm的Ti85Si15N涂层，该涂层硬度比基体高，
[0014]而且对刀具基体的附着力很强，保证刀具基体与涂层间的附着力；
[0015]3.2第二阶段:在10秒内关闭Ar气流及靶材蒸发电流，把N2气流量由1150sccm降低到800sccm，压力调节到1.5e
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2mbar稳定后打开TiAl靶材的蒸发电流至150A，温度控制在500℃，同时打开钨靶蒸发电流到200A，维持时间15min，在3.1阶段涂层上涂覆上一层Ti30Al60W10N涂层，该涂层厚度约为0.2
‑
0.5μm，该涂层硬度3200HV；
[0016]3.3第三阶段:维持TiAl和W靶的电流不变，调节N2流量至1200sccm反应压力由1.5e
‑
2mbar上升至2e
‑
2mbar，稳定后再打开AlCr靶材蒸发电流到140A，温度稳定控制在500℃，维持时间为8min，使Ti30Al60W10N涂层上涂上一层厚度约为0.3
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0.7μm的Ti15Al65Cr15W5N涂层；
[0017]3.4第四阶段:保持第三阶段的TiAl靶、AlCr靶、W靶的蒸发电流不变，再打开TiSi靶材蒸发电流至150A，同时提升N2流量至1500sccm，反应压力保持在2e
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2mbar；维持时间为20分钟，使Ti15Al65Cr15W5N涂层上再涂上一层1.0
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1.5μm的Ti35Al47Cr10Si5W3N超硬功能层；
[0018]3.5第五阶段:重复循环3.3、3.4阶段的涂层，使该涂层达到3μm左右；
[0019]3.6第六阶段:关闭第四阶段的TiAl靶、AlCr靶及W靶的蒸发电流，调节TiSi靶的蒸发电流至180A，同时降低N2流量至530sccm，打开Ar气流量至300sccm，调节反应压力至3.0e
‑
2mbar，维持温度500℃，维持时间为15min，涂层厚度约为0.7μm的Ti85Si15N涂层，该涂层为表面层，目的是为了减少该超硬涂层刀具在切削加工时涂层刮伤被加工件的表面，避免影响到被加工件的表面光洁度；
[0020]步骤4、将步骤3的涂层好的刀具采用双向逆、反转动的后处理方法除该新型涂层的表面凸起颗粒及表面熔滴。
[0021]本专利技术改进有，所述毛化处理包括：
[0022]1.1用K3Fe(CN)6粉末100g，与60g的KOH混合后配制1000ml的K3Fe(CN)6及KOH的混合溶液摇匀后加热到40℃；
[0023]1.2把待涂层的刀具柄部浸入到该混合溶液，采用45MHz的超声波清洗4min；
[0024]1.3用超声波酒精清洗刀具柄部10min后烘干。
[0025]本专利技术改进有，所述刀具刃口的钝化及表面净化处理具体包括以下步骤：
[0026]2.1该前处理法采用两种不同粒度的磨料，分别是120目Al2O3及70目的SiC按3:2质量混合均匀；
[0027]2.2把要进行该涂层的刀具夹持住，把要涂层部位露在外面，不需要涂层的刀具柄
部固定在夹持件内，竖直插入到步骤2.1所配制的磨料内，插入深度为180～250mm；
[0028]2.3刀具按35RPM转速顺时针自转；然后该刀具按15RPM转速逆时针本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刀具Ti 35 Al 47 Cr 10 Si 5 W 3 N五元复合新型超硬涂层涂覆方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、刀具柄部进行毛化处理；步骤2、刀具刃口的钝化及表面净化处理；步骤3、对刀具进行涂层：将TiSi靶、TiAl靶、AlCr靶、W靶放置于涂层炉内的对应位置，保证各复合层涂层的均匀性，并经过下述步骤：3.1第一阶段:该阶段往炉腔内通入N 2及Ar，N 2流量控制为1150sccm，Ar流量控制为530sccm，反应压力控制在4.5e
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2mbar；气流及炉腔压力稳定后，TiSi靶蒸发电流为200A，温度提升到500℃，维持时间为6～7min，使基体涂上一层致密的，厚度为0.2
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0.5μm的Ti 85 Si 15 N涂层；3.2第二阶段:在10秒内关闭Ar气流及靶材蒸发电流，把N 2气流量由1150sccm降低到800sccm，压力调节到1.5e
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2mbar稳定后打开TiAl靶材的蒸发电流至150A，温度控制在500℃，同时打开W靶蒸发电流到200A，维持时间15min，在3.1阶段涂层上涂覆上一层Ti 30 Al 60 W 10 N涂层，该涂层厚度为0.2
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0.5μm，该涂层硬度为3200HV；3.3第三阶段:维持TiAl和W靶的电流不变，调节N 2流量至1200sccm反应压力由1.5e
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2mbar上升至2e
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2mbar，稳定后再打开AlCr靶材蒸发电流到140A，温度稳定控制在500℃，维持时间为8min，使Ti 30 Al 60 W 10 N涂层上涂上一层厚度为0.3
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0.7μm的Ti 15 Al 65 Cr 15 W 5 N涂层；3.4第四阶段:保持第三阶段的TiAl靶、AlCr靶、W靶的蒸发电流不变，再打开TiSi靶材蒸发电流至150A，同时提升N 2流量至1500sccm，反应压力保持在2e
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2mbar；维持时间为20分钟，使Ti 15 Al 65 Cr 15 W 5 N涂层上再涂上一层1.0
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1.5μm的Ti 35 Al 47 Cr 10 Si 5 W 3 N功能层；3.5第五阶段:重复循环3.3、3.4阶段的涂层，使该涂层达到3μm左右；3.6第六阶段:关闭第四阶段的TiAl靶、AlCr靶及W靶的蒸发电流，调节TiSi靶的蒸发电流至180A，同时降低N 2流量至530sccm，打开Ar气流量至300sccm，调节反应压力至3.0e
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2mbar，维持温度500℃，维持时间为15min，涂层厚度约为0.7μm的Ti 85 Si 15 N涂层，该涂层为表面层；步骤4、将步骤3的涂层好的刀具采用双向逆、反转动的后处理方法去除新型涂层的表面凸起颗粒及表面熔滴。2.根据权利要求1所述的一种刀具Ti 35 Al 47 Cr 10 Si 5 W 3 N五元复合新型超硬涂层涂覆方法，其特征在于，所述毛化处理包括：2.1用K 3Fe(CN)6粉末100g，与...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭生舟，王碰玲，
申请(专利权)人：厦门微思纳涂层技术有限公司，
类型：发明
国别省市：