[发明专利]一种TiAlN涂层硬质合金刀片

说明书

技术领域

一种涂层硬质合金刀片的制备方法，特别是在超细WC-Co硬质合金基体上的TiAlN涂层刀片的制备，属于表面涂层技术领域。

背景技术

表面涂层技术的发展与应用对刀具性能的改善和切削加工技术的进步起到了十分关键的作用，涂层刀具已成为现代刀具的重要标志。刀具涂层处理是在刀体上涂覆一层或多层耐磨性好的难熔化合物，使刀具性能大大提高，达到提高加工效率、提高加工精度、延长刀具使用寿命、降低加工成本的目的。西方工业发达国家使用的涂层刀片占可转位刀片的比例已由1978年的26％增加到60％以上，新型数控机床所用切削刀具中有80％左石使用涂层刀具。涂层刀具已成为现代刀具的重要标志，并将是今后数控加工领域中重要的刀具品种之

常用的刀具涂层材料主要有TiC、TiN、Al₂O₃、TiCN、TiAlN、CBN等。自1985年Knotek等首次发表了关于TiAlN涂层的研究成果后，人们便对其优异的抗高温氧化能力和良好的使用性能表示了极大的关注，已经用多种PVD方法成功自备了TiAlN膜。经过性能实验结果可以看出，TiAlN涂层具有高的硬度和氧化温度，随着涂层的多层化和纳米化，TiAlN涂层的性能在逐步提高。TiAlN作为一种新型涂层材料，具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小、导热率低等优良特性，尤其用于高速切削时性能优异是目前国际工具行业最为推崇的超硬涂层。在日本和我国台区，TiAlN涂层刀具的应用已相当广泛。

物理气相沉积(PVD)涂层刀具的出现，使刀具切削性能有了重大突破。PVD方法制备的TiAlN涂层适合用于高合金钢、不锈钢、钛合金、镍合金等难加工材料的切削加工，因此国内外对高速钢和常规颗粒度硬质合金刀具上涂覆的TiAlN涂层进行了大量的研究

本发明以TiAlN涂层刀具采用超细WC-Co硬质合金基体，表面采用特殊的低温物理气相沉积(PVD)法涂覆高硬度的TiAlN单层涂层。

发明内容

本发明主要在超细WC-Co硬质合金基体上，采用低温物理气相沉积(PVD)法涂覆高硬度的TiAlN单层涂层，制备出高性能的TiAlN涂层刀片。本方法制备出TiAlN涂层表面生成高强度的氧化物(刚玉)，涂层中的Ti含量控制在30-37％，Al含量控制在10％～13％之间，以保证刃口的锋利性。

本发明选用Ti和Al原子比为60∶40的热等静压钛铝合金靶作为溅射靶材，纯Ti靶作为多弧靶材，气体采用工业高纯氩气及氮气。具体步骤：

(1)所有试样按照严格的工业清洗标准清洗；

(2)将试样放入炉中，抽真空；

(3)采用电子枪等离子增强的多弧技术，由Ar离子和Ti离子共同对试样进行清洗打底；

(4)逐渐降低偏压，并通入氮气，沉积一定厚度的Ti/TiN复合过渡层(由纯Ti逐渐过渡到TiN)；

(5)采用电子枪等离子辅助增强的非平衡磁控溅射技术沉积TiAlN涂层。

本发明的超细硬质合金的制备方法过程，进一步阐述：

(1)采用超细WC-xCo硬质合金刀片作为TiAlN涂层基体(其中x为6～10％)，所有试样按照严格的工业清洗标准清洗；

(2)将试样放入炉中，抽真空至5.0×10^-3～9.0×10^-3Pa；

(3)采用电子枪等离子增强的多弧技术，由Ar离子和Ti离子共同对试样进行清洗打底；

(4)逐渐降低偏压(-600V～-200V)，并通入氮气，沉积一定厚度的Ti/TiN复合过渡层(由纯Ti逐渐过渡到TiN)；

(5)TiAlN涂层的沉积采用电子枪等离子辅助增强的非平衡磁控溅射技术，电子枪电流115～145A，磁控靶电流15～20A。涂层沉积时真空度：0.10～0.45Pa，氮气流量：40～80cm3/min，沉积偏压：-50V～-80V，沉积时间：15～50min。

本发明的优点在于：基体成本低，具有高强度和硬度；结合先进的TiAlN涂层后具有优异的切削性能。

具体实施方式