一种复合制造技术

本发明专利技术涉及涂层技术领域，公开了一种复合

【技术实现步骤摘要】
一种复合CVD涂层及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及涂层
，具体涉及一种复合
CVD
涂层及其制备方法与应用
。

技术介绍

[0002]涂层是现代刀具制造业的关键技术之一，制造业的技术进步
、
新材料的不断出现以及对加工效率更苛刻的要求，对刀具涂层提出了越来越高的要求
。
[0003]切削刀具在切削加工过程中承受极大的机械负荷和热负荷
、
极易产生磨损，致使其使用寿命急剧下降，尤其是在加工一些难加工材料时，其使用寿命的损耗则更为严重
。
因此，对切削刀具进行表面改性，提高表面性能，对提高切削刀具寿命极其重要
。
目前，切削刀具常采用表面涂层技术来提高其切削性能和使用寿命，进而使得刀具能够获得优异的综合性能，从而可大幅度提高机械加工效率
。
[0004]化学涂层
(CVD)
为现今刀具领域应用非常广泛的一种涂层，它是在高温
(800
‑
1200
度
)
条件下通过气体化学反应形成的一类涂层，其涂层具有一致的厚度与性能，且能够满足复杂形状的涂层要求
。
虽然新技术日新月异，但起主要作用的核心涂层成分及结构一直未发生太大变化
。
现有的主流涂层结构仍然为
TiN+MT
‑
TiCN+
过渡层
+Al2O3+TiN。
其中的
Al2O3涂层因其优异的隔热及耐磨性，一直是
CVD
领域研究的核心和热点
。
其存在多种相结构，如
α
相
、
κ
相及
γ
相等，互有优势
。
[0005]相较于
α
‑
Al2O3，
κ
‑
Al2O3硬度稍高，颗粒更细且无缺陷，热导率更低从而对基体的热保护性更强，但
κ
‑
Al2O3是非稳定相，在高温时会转化为稳定的
α
‑
Al2O3，同时伴随约7％左右的体积变化，引起涂层结合力变差，涂层提前失效
。
另外，其耐前刀面磨损能力低于
α
‑
Al2O3，故
κ
‑
Al2O3的应用领域受到一定限制
。
但通过生长过程及工艺的调控优化，正在使其应用范围进一步拓宽，特别是在有水冷
(
或油冷
)
加工领域及不锈钢加工领域
。
现有的工艺优化方案中，包括有
TiN(
四层
)+
κ
‑
Al2O3(
五层
)
的涂层交替生长方案
、TiAlCNO+
κ
‑
Al2O3的多层交替生长方案等，上述优化方案能够一定程度上拓展
κ
‑
Al2O3的应用领域，改善涂层寿命
。
但在实际应用中，基于上述优化方案得到的涂层，在切削加工中，涂层结合力仍会变差，影响到涂层寿命
。

技术实现思路

[0006]本专利技术意在提供一种复合
CVD
涂层及其制备方法与应用，涂层结合力较好，耐裂纹扩展能力较强，整体涂层质量较优，涂层使用寿命较长；同时，涂层颗粒较细，涂层表面粗糙度较低，更有利于加工过程的排屑
。
[0007]为达到上述目的，本专利技术提供的基础方案为：
[0008]方案一
[0009]一种复合
CVD
涂层，包括用于设置在基体表面的由内至外依次设置的打底层
、
第一间隔层
、
第一复合层和第二复合层；所述第一复合层由过渡层和第二间隔层组成；所述第二复合层由第三间隔层和表层组成；所述打底层和表层均为
TiN
；所述第一间隔层
、
第二间隔
层和第三间隔分别为
MT
‑
TiCN、
κ
‑
Al2O3、TiC
；所述过渡层包括
HT
‑
TiCN
和
TiCO。
[0010]本方案的工作原理及优点在于：
[0011]首先，设置于基体表面的打底层
TiN
，能够有效保证基体与涂层的结合力
。
设置于打底层之上的第一间隔层
MT
‑
TiCN
，具备较高的硬度，能够作为耐磨层，同时为后续的第一复合层提供充足的支撑
。
第一复合层由过渡层和第二间隔层组成
。
其中，过渡层能够较好地保证
MT
‑
TiCN
与
κ
‑
Al2O3两种涂层之间的结合力，保证各层结合紧密
。
κ
‑
Al2O3具备优秀的隔热性能，能够作为隔热层保护基体，同时，该材料具有较高的硬度，能够作为耐磨层，有助于提高涂层的耐磨性
。
第二复合层由第三间隔层和表层组成
。
其中，
TiC
和
TiN
的组合能够有效增加涂层抗裂纹扩展能力；并且，
TiN
材料呈金黄色，能够作为标识层，便于观察涂层磨损情况
。
[0012]特别的是，本方案一种复合
CVD
涂层，设置有两个复合层
(
第一复合层和第二复合层
)
，能够使得整体的涂层结合力较好，耐裂纹扩展能力较强，整体涂层质量较优，涂层使用寿命较长
。
具体地，在第一复合层中，设置的过渡层包括
HT
‑
TiCN
和
TiCO
，
κ
‑
Al2O3则基于过渡层进行生长
。
相较于常规涂层设计方案，常规方案中对于
Al2O3的应用大多局限于设置为单一涂层
(
如现有的主流涂层结构
)
或直接利用
κ
‑
Al2O3能够在
TiN、TiC
及
TiCN
表面上直接成核生长的特性，将
κ
‑
Al2O3与
TiN、TiC
或
TiCN
直接组合
(
如现有的工艺优化方案
)
，此类常规方案虽然应用
κ
‑
Al2O3实现了涂层耐磨隔热性的优化，但涂层扔易于提前失效
。
实际上，现有方案均没有关注到
κ
‑
Al2O3与其余界面之间的接触问题，
TiCN
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种复合
CVD
涂层，其特征在于，包括用于设置在基体表面的由内至外依次设置的打底层
、
第一间隔层
、
第一复合层和第二复合层；所述第一复合层由过渡层和第二间隔层组成；所述第二复合层由第三间隔层和表层组成；所述打底层和表层均为
TiN
；所述第一间隔层
、
第二间隔层和第三间隔分别为
MT
‑
TiCN、
κ
‑
Al2O3、TiC
；所述过渡层包括
HT
‑
TiCN
和
TiCO。2.
根据权利要求1所述的一种复合
CVD
涂层，其特征在于，所述第一复合层中，过渡层与第二间隔层交替叠加，形成
(
过渡层
+
κ
‑
Al2O3)
x
的交替复合涂层，并以第二间隔层作为叠加最顶层
。3.
根据权利要求2所述的一种复合
CVD
涂层，其特征在于，所述第二复合层中，第三间隔层与表层交替叠加，形成
(TiC+TiN)
y
的交替复合涂层，并以表层作为叠加最顶层
。4.
根据权利要求1所述的一种复合
CVD
涂层，其特征在于，涂层厚度为3～
18
μ
m。5.
根据权利要求3所述的一种复合
CVD
涂层，其特征在于，
x
的取值为4～
12
；
y
的取值为2～
5。6.
根据权利要求3所述的一种复合
CVD
涂层，其特征在于，所述打底层的厚度为
0.3
～2μ
m
；所述第一间隔层的厚度为1～
10
μ
m
；单层过渡层的厚度为
0.1
～
0.3
μ
m
，单层

【专利技术属性】
技术研发人员：李洪林，谢明强，吴春涛，薛峰，白兰，汪辉，
申请(专利权)人：成都工具研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：