一种氮化钛基涂层超硬刀具及其制造方法，涉及涂层刀具技术领域，包括刀具基体、Ti缓冲层、TiN基硬质层，Ti缓冲层包括沉积在所述刀具基体上的初始钛层，以及位于初始钛层远离刀具基体方向上Ti/TiN混合层；Ti/TiN混合层为疏松钛层：位于下部分未氮化的疏松钛层中间具有竖向的、将空洞和/或裂纹的侧壁进行氮化形成的氮化钛层；位于上部分的疏松钛层经过氮化形成的氮化钛层，其内部具有竖向的金属钛。本发明专利技术首先生长常规厚度的Ti缓冲层，保证钛层质量：不管是初始钛层，还是疏松钛层，由于具有充分的孵化厚度，膜层质量高，然后对Ti疏松层进行氮化减薄，降低了最终的Ti缓冲层厚度，提高了Ti缓冲层的强度。Ti缓冲层的强度。Ti缓冲层的强度。
【技术实现步骤摘要】
一种氮化钛基涂层超硬刀具及其制造方法
[0001]本专利技术涉及涂层刀具
，具体涉及一种氮化钛基涂层超硬刀具及其制造方法。
技术介绍
[0002]在PCBN等硬质刀具上涂覆涂层，能够提高刀具的寿命、提高加工精度等。氮化钛基涂层是常用涂层，包括TiN、TiAlN、TiCN、TiCrN等。以下以TiN硬质层为代表进行说明，但是可以理解，同样适用于TiAlN、TiCN、TiCrN等硬质层。
[0003]PCBN刀具上沉积氮化钛基涂层时，一种方案是首先在刀具上沉积一层Ti缓冲层，缓冲层具有提升刀具和氮化钛基涂层的结合力，提升氮化钛基涂层的沉积质量等作用。
[0004]一般认为，具有Ti缓冲层时，涂层刀具在断续加工、重载加工时，过大的冲击载荷由TiN涂层传递到Ti层，会使涂层快速失效，表现为涂层剥落等。这和Ti层的强度(10以下)显著低于TiN(20
‑
30)有关。适当降低Ti缓冲层厚度，有利于提升刀具上涂层的强度，降低Ti缓冲层厚度，还有利于硬质涂层在切削使用过程中TiN中产生的热应力向Ti层转移。一般认为，当缓冲层厚度较薄时，具有高的变形能力，能够吸收上面的主体涂层的应力而不发生裂纹；而缓冲层厚度较厚时，自身具有高的强度，抵抗外部应力的进入，且在外部应力下更易破裂。
[0005]但是Ti缓冲层的厚度具有下限，不能过渡减薄，一般不能小于300nm，否则在沉积时难以完整覆盖PCBN刀具表面，形成连续的、可靠的粘附层，不利于后续氮化层的生长；并且，初始沉积的Ti层质量较差，需要经过一定厚度的沉积孵化过程，才能生长出高质量、高强度的Ti层。
技术实现思路
[0006]为解决上述问题，本专利技术提供一种氮化钛基涂层超硬刀具及其制造方法，通过对Ti缓冲层进行改进，提升了涂层的抗剥落性能，以及整体涂层的强度。
[0007]具体技术方案为：包括刀具基体、Ti缓冲层、TiN基硬质层，Ti缓冲层包括沉积在刀具基体上的初始钛层，以及位于初始钛层远离刀具基体方向上Ti/TiN混合层；
[0008]Ti/TiN混合层为疏松钛层：位于下部分未氮化的疏松钛层中间具有竖向的、将空洞和/或裂纹的侧壁进行氮化形成的氮化钛层；位于上部分的疏松钛层经过氮化形成氮化钛层，其内部具有竖向的金属钛。
[0009]优选地，所述初始钛层厚度为50
‑
100nm；位于下部分未氮化的疏松钛层厚度为100
‑
250nm。
[0010]优选地，所述Ti缓冲层还包括Ti/TiN混合层的远离刀具基体方向上的AlN/Ti交叉结构，所述AlN/Ti交叉结构的起始层为AlN层，并最终以Ti层结束。
[0011]优选地，所述AlN/Ti交叉结构中的AlN层厚度20
‑
50nm、Ti层厚度5
‑
20nm，且Ti层厚度小于AlN层厚度。
[0012]优选地，所述刀具基体为聚晶立方氮化硼、聚晶金刚石、硬质合金中的一种；所述TiN基硬质层为TiN、TiAlN、TiCN、TiCrN中的一种或其组合。
[0013]优选地，所述Ti缓冲层还包括直接沉积在Ti/TiN混合层上的AlN岛状薄膜，其位置和竖向的金属钛的顶部对齐。
[0014]氮化钛基涂层超硬刀具的制备方法，包括如下步骤：
[0015]步骤(1)：刀具基体的清洗、烘干；
[0016]步骤(2)：Ti缓冲层的沉积，包括：
[0017]步骤(2.1)：先沉积一层初始钛层，初始钛层厚度在50
‑
100nm；
[0018]步骤(2.2)：再沉积一层疏松钛层，疏松钛层厚度在200
‑
500nm；
[0019]步骤(2.3)：再沉积一层岛状生长的氮化铝层，氮化铝层厚度在2nm
‑
30nm，通过退火使岛状生长的氮化铝收缩，进一步促进岛状结构，即AlN岛状薄膜；
[0020]步骤(2.4)：以岛状氮化铝为掩膜，对疏松钛层进行氮化；
[0021]步骤(2.5)：沉积一层连续的AlN层，厚度20
‑
50nm，然后沉积薄层的Ti层厚度5
‑
20nm；重复上述步骤1
‑
10次；
[0022]步骤(3)：沉积TiN基硬质层，TiN基硬质层厚度例如0.8
‑
6um。
[0023]优选地，步骤(2.3)中的退火还使疏松钛层中形成空洞和或裂纹。
[0024]优选地，步骤(2.4)中氮化深入至疏松钛层的一半深度以上，即原始沉积的疏松钛层的上部分中，未被氮化铝的掩膜覆盖的疏松钛层被氮化形成氮化钛层，而疏松钛层的下部分整体上为未被氮化的疏松钛层。
[0025]优选地，步骤(2.4)中氮化铝岛状层正下方的钛层不发生氮化，从而在氮化形成的氮化钛层中保留有垂直方向的金属钛，剩余的、下部分未氮化的疏松钛层中的空洞和或裂纹的侧壁发生氮化形成氮化钵材质的空洞和或裂纹。
[0026]本专利技术提供一种氮化钛基涂层超硬刀具及其制造方法，与现有技术相比有益效果为：
[0027](1)：本专利技术首先生长常规厚度的Ti缓冲层，保证钛层质量：不管是初始钛层，还是疏松钛层，由于具有充分的孵化厚度，膜层质量高，然后对Ti疏松层进行氮化减薄，降低了最终的Ti缓冲层厚度，提高了Ti缓冲层的强度；
[0028](2)：本专利技术Ti缓冲层中具有钛层和氮化钛的混合层，该部分中，既具有高强度的氮化钛、又具有高粘结性/柔韧性的钛，二者的混合，进一步提升了Ti缓冲层(进而整个涂层)的整体强度和耐冲击性。
附图说明
[0029]图1：为本专利技术中刀具基体沉积过Ti缓冲层后的层状侧视图。
[0030]图2：为本专利技术整体刀具层状结构图。
[0031]图中：1
‑
刀具基体、2
‑
初始钛层、3
‑
Ti/TiN混合层、4
‑
未被氮化的疏松钛层、5
‑
空洞和/或裂纹、6
‑
氮化钛层、7
‑
金属钛、8
‑
AlN层、9
‑
Ti层、10
‑
TiN基硬质层、30
‑
AlN岛状薄膜。
具体实施方式
[0032]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0033]下面通过具体的实施例子并结合附图对本专利技术做进一步的详细描述。
[0034]实施例：如图2示，一种氮化钛基涂层超硬刀具，包括刀具基体1、Ti缓冲层、TiN基硬质层；Ti缓冲层至少包括初始钛层2、以及位于初始钛层2远离刀具基体1方本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氮化钛基涂层超硬刀具，依次包括刀具基体(1)、Ti缓冲层、TiN基硬质层(10)，其特征在于，所述Ti缓冲层包括沉积在所述刀具基体(1)上的初始钛层(2)，以及沉积在所述初始钛层(2)上的Ti/TiN混合层(3)；所述Ti/TiN混合层(3)为疏松钛层：位于下部分未氮化的疏松钛层(4)中间具有竖向的、将空洞和/或裂纹(5)的侧壁进行氮化形成的氮化钛层；位于上部分的疏松钛层经过氮化形成氮化钛层(6)，其内部具有竖向的金属钛(7)。2.根据权利要求1所述的氮化钛基涂层超硬刀具，其特征在于，所述初始钛层(2)厚度为50
‑
100nm；位于下部分未氮化的疏松钛层(4)厚度为100
‑
250nm。3.根据权利要求1所述的氮化钛基涂层超硬刀具，其特征在于，所述初始钛层还包括Ti/TiN混合层(3)的远离刀具基体(1)方向上的AlN/Ti交叉结构，所述AlN/Ti交叉结构的起始层为AlN层(8)，并最终以Ti层(9)结束。4.根据权利要求3所述的氮化钛基涂层超硬刀具，其特征在于，所述AlN/Ti交叉结构中的AlN层(8)厚度20
‑
50nm、Ti层(9)厚度5
‑
20nm，且Ti层(9)厚度小于AlN层(8)厚度。5.根据权利要求1所述的氮化钛基涂层超硬刀具，其特征在于，所述刀具基体(1)为聚晶立方氮化硼、聚晶金刚石、硬质合金中的一种；所述TiN基硬质层(10)为TiN、TiAlN、TiCN、TiCrN中的一种或其组合。6.根据权利要求1所述的氮化钛基涂层超硬刀具，其特征在于，所述Ti缓冲层还包括直接沉积在Ti/TiN混合层(3)上的AlN岛状薄膜(30)，其位置和竖向的金属钛(7)的顶部对齐。7.权利要求1所述氮化钛基涂层超硬刀具的制备...
【专利技术属性】
技术研发人员：董永芬，王丽，
申请(专利权)人：富耐克超硬材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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