切削刀具涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种切削刀具涂层及其制备方法，切削刀具涂层为由内至外依次镀制在切削刀具表面的Cr层、AlTiCrSiN层和CrSiN层组成的多元多层涂层。切削刀具涂层的制备方法采用阴极电弧蒸发源技术进行镀膜，并通过脉冲及直流磁场控制技术进行辅助；首先在Ar气氛下蒸发Cr靶材在切削刀具表面形成Cr过渡层薄膜，然后在N2气氛下蒸发AlTiCrSi靶材形成AlTiCrSiN多元氮化物膜，最后在N2气氛下蒸发CrSi靶材形成CrSiN薄膜。本发明专利技术各层镀膜之间具有相似的结构特征，各结构基元的周期性和规律性相似，呈现单一基本结构单元的特征，不会发生相互干扰，利于形成稳定的晶体结构，从而构建了稳定的多元多层涂层，有效提高了涂层组织结构的热稳定性。稳定性。稳定性。

【技术实现步骤摘要】
切削刀具涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及刀具涂层
，尤其是一种切削刀具涂层以及一种切削刀具涂层的制备方法。

技术介绍

[0002]制造业是我国国民经济各领域重要的基础产业，也是关系到国家经济安全及综合国力的战略性产业，而现代切削加工技术及切削刀具则是推动制造业加工工艺技术进步的重要因素。
[0003]随着现代科学技术的发展，新材料作为21世纪三大关键技术之一，已成为高新技术发展的先导，是信息、航天、能源、生物等行业快速发展的重要基础。越来越多各种高强度、高硬度工程材料的采用，造成切削加工难度的增加，因此传统的切削刀具已难以满足现代切削加工的需求。
[0004]表面涂层技术作为现代切削刀具应用新技术的一种，其通过化学或物理的方法在刀具表面上获得微纳米级的薄膜，因具有硬度高、润滑性好、高温性能优异等特点，可使切削刀具获得优良的综合机械性能，有效地延长刀具使用寿命、改善刀具切削性能、提高机械加工效率。
[0005]金属氮化物、碳化物、硼化物及氧化物等表面涂层具有较高的硬度、弹性模量、拉伸强度、抗弯强度，以及相对低的摩擦系数等特征，能有效地推进切削速度、加工效率、刀具使用寿命的提高。因此对于现代切削加工而言，刀具的表面涂层工艺技术是至关重要的，是解决难加工材料高效切削加工难题的关键技术之一。
[0006]铝合金的导热性能好，在切削过程中切屑可以带走大量的热量，但弹性模量较小，易产生较大的弹性变形，不易获得高的加工精度，而且会引起后刀面和已加工表面之间的剧烈摩擦，从而加快刀具的磨损并引起振动，这在薄壁件加工中表现得更加明显；铝合金的膨胀系数大，比一般钢材大2～3倍，因此热胀冷缩现象表现得很严重，对于加工精度高的工件会带来不利的影响；此外，铝合金熔点较低，温升后塑性很大，切屑流出时，在高温高压作用下，切屑底层和前刀面的摩擦较大，滞留现象严重，易产生积屑瘤，使工件的尺寸和精度降低，表面粗糙度增加，刀具寿命降低。
[0007]不锈钢材料由于韧性大、热强度高、导热系数低、切削时塑性变形大、加工硬化严重、切削热多、散热困难等原因，造成刀尖处切削温度高、切屑粘附刃口严重、容易产生积屑瘤，既加剧了刀具的磨损，又影响加工表面粗糙度。此外，由于切屑不易卷曲和折断，也会损伤己加工表面，影响工件的质量。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种热稳定性良好的切削刀具涂层，适用于铝合金、不锈钢等强粘附性材料加工的切削刀具，能够有效提高切削刀具的使用寿命。
[0009]为解决上述技术问题本专利技术所采用的技术方案是：切削刀具涂层，所述涂层为由
内至外依次镀制在切削刀具表面的Cr层、AlTiCrSiN层和CrSiN层组成的多元多层涂层。
[0010]本专利技术还公开了一种制备上述切削刀具涂层的方法，采用阴极电弧蒸发源技术进行镀膜，并通过脉冲及直流磁场控制技术进行辅助；首先在Ar气氛下蒸发Cr靶材在切削刀具表面形成Cr过渡层薄膜，然后在N2气氛下蒸发AlTiCrSi靶材形成AlTiCrSiN多元氮化物膜，最后在N2气氛下蒸发CrSi靶材形成CrSiN薄膜。
[0011]进一步的是：包括以下步骤：
[0012]A、对切削刀具进行前处理；
[0013]B、对真空室抽真空并预加热；
[0014]C、辉光清洗；
[0015]D、真空室抽高真空并预加热；
[0016]E、离子源刻蚀；
[0017]F、镀膜，采用阴极电弧蒸发源技术依次镀制Cr过渡层薄膜、AlTiCrSiN多元氮化物膜和CrSiN氮化物薄膜；
[0018]G、冷却。
[0019]进一步的是：包括以下步骤：
[0020]A、对切削刀具进行清洗和干燥；
[0021]B、对真空室进行抽真空，送入流量为40～80sccm的Ar气，并预加热至400℃；
[0022]C、真空室压强调至2.0Pa，送入流量为120～240sccm的Ar气，开启偏压电源，偏压电压
‑
500～
‑
1000V，辉光清洗5～10min；
[0023]D、关闭偏压电源，抽高真空至0.005Pa，并预加热至450～500℃；
[0024]E、开启离子源，离子源功率1.0～3.0kw，开启偏压电源，偏压电压
‑
300～
‑
400V，送入流量为40～80sccm的Ar气，离子源刻蚀时间40～60min；
[0025]F、首先开启Cr阴极蒸发源，弧电流80～90A，脉冲磁场电压0V，基体偏压80～100V，镀膜时间5～10min；然后开启AlTiCrSi阴极蒸发源，弧电流80～90A，脉冲磁场电压15～30V，脉冲频率11.1～33.3Hz，直流磁场电压1.5～3V，氮气流量600～800sccm，基体偏压80～100V，镀膜时间60～120min；最后开启CrSi阴极蒸发源，弧电流60～80A，脉冲磁场电压10～20V，脉冲频率1～11.1Hz，直流磁场电压0.5～1.5V，氮气流量500～700sccm，基体偏压40～80V，镀膜时间20～40min；
[0026]G、镀膜后冷却90～120min。
[0027]进一步的是：所述Cr过渡层薄膜的厚度为100～200nm；所述AlTiCrSiN多元氮化物膜的厚度为2～4μm；所述CrSiN氮化物薄膜的厚度为0.3～0.7μm。
[0028]进一步的是：所述AlTiCrSi靶材的化学组分为：Al 50～60at％、Ti 20～30at％、Cr 10～20at％、Si 3～5at％。
[0029]本专利技术的有益效果是：本专利技术所述的切削刀具涂层由结构基元形态相似的多层镀膜组成，各层镀膜之间具有相似的结构特征，各结构基元的周期性和规律性相似，呈现单一基本结构单元的特征，不会发生相互干扰，利于形成稳定的晶体结构，从而构建了稳定的多元多层涂层，有效提高了涂层组织结构的热稳定性；本专利技术利用阴极电弧蒸发源技术蒸发多元成分的合金化靶材来实现多元多层切削刀具涂层的镀制，并通过脉冲及直流磁场控制技术对切削刀具涂层制备工艺中的参数进行调节控制，可有效控制膜的结晶及生长模式，
使各膜层都呈现出以(200)为主的取向结晶微观结构，从而促进各膜层之间形成相似的结构特征，满足膜层的外延生长条件，提高了各膜层的性能结合效果。
附图说明
[0030]图1为本专利技术所制备切削刀具涂层的断面形貌图；
[0031]图2为现有技术中TiAlN涂层的断面形貌图；
[0032]图3为本专利技术制备切削刀具涂层的原理图；
[0033]图4为本专利技术所制备切削刀具涂层的XRD衍射图谱；
[0034]图5为本专利技术所制备切削刀具涂层的维氏硬度图；
[0035]图6为本专利技术所制备切削刀具涂层的划痕测试结果数据图。
具体实施方式
[0036]为了便于理解本专利技术，下面结合附图及实施例对本专利技术进行进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.切削刀具涂层，其特征在于：所述涂层为由内至外依次镀制在切削刀具表面的Cr层、AlTiCrSiN层和CrSiN层组成的多元多层涂层。2.制备如权利要求1所述切削刀具涂层的方法，其特征在于：采用阴极电弧蒸发源技术进行镀膜，并通过脉冲及直流磁场控制技术进行辅助；首先在Ar气氛下蒸发Cr靶材在切削刀具表面形成Cr过渡层薄膜，然后在N2气氛下蒸发AlTiCrSi靶材形成AlTiCrSiN多元氮化物膜，最后在N2气氛下蒸发CrSi靶材形成CrSiN薄膜。3.如权利要求2所述的切削刀具涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：A、对切削刀具进行前处理；B、对真空室抽真空并预加热；C、辉光清洗；D、真空室抽高真空并预加热；E、离子源刻蚀；F、镀膜，采用阴极电弧蒸发源技术依次镀制Cr过渡层薄膜、AlTiCrSiN多元氮化物膜和CrSiN氮化物薄膜；G、冷却。4.如权利要求3所述的切削刀具涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：A、对切削刀具进行清洗和干燥；B、对真空室进行抽真空，送入流量为40～80sccm的Ar气，并预加热至400℃；C、真空室压强调至2.0Pa，送入流量为120～240sccm的Ar气，开启偏压电源，偏压电压
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500～
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1000V，辉光清洗5～10min；D、关闭偏压电源，抽高真空至0.005Pa，并预加热至450～500℃；...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海波，
申请(专利权)人：四川真锐晶甲科技有限公司，
类型：发明
国别省市：