[发明专利]一种钛合金切削用成分梯度TiAlXN涂层刀具及其制备方法

权利要求书

1.一种钛合金切削用成分梯度TiAlXN涂层刀具的制备方法，其特征在于：

所述方法在磁控溅射装置中进行，采用TiAl合金靶材和至少一个X靶材共溅射的方法：保持TiAl合金靶材功率不变，X靶材功率以恒定速率增加，制备TiAlXN成分梯度涂层，所述TiAlXN涂层中的X成分的含量由靠近刀具基体的一侧至远离刀具基体的一侧由低到高连续增加，

其中，X为Ta、Si、Cr、Y、Nb、V、Zr中的1～4种，当X为多种元素的组合时，各X元素的原子数相同，

具体地，所述方法包括下述工艺步骤：

步骤1，刀具基体的预处理：

对刀具基体进行湿喷砂处理，清洗后，在60～160℃下烘干5～15min，放入真空室；

步骤2，刀具基体辉光溅射清洗：

当真空室的真空度大于等于3×10^-3Pa时，升温至350～550℃，向真空室中通入高纯Ar气，调节真空室的压强为0.5～2Pa，在加脉冲负偏压500～1000V，占空比20～80％的条件下，辉光溅射清洗25～45min；

步骤3，过渡层制备：

沉积条件为：向真空室内通入流量为30～60sccm的Ar气，刀具基体温度为400～500℃，负偏压为20～180V，负偏压占空比20％～80％，真空度为0.3～0.9Pa；

在此沉积条件下，采用纯度为99.99％的纯钛靶材，沉积厚度为150～300nm的纯Ti过渡层；

步骤4，梯度涂层制备：

沉积条件为：过渡层制备完毕后，关闭Ar气，向真空室中通入流量为10～50sccm的高纯N₂气，再通入流量为30～60sccm的高纯Ar气，真空度保持0.3～0.6Pa，基片温度为400～500℃，负偏压为20～180V，负偏压占空比20％～80％；

采用以下方法制备不同成分梯度涂层：

采用TiAl合金靶材和至少一个X靶材共溅射的方法，保持TiAl合金靶材功率不变，X靶材以恒定速率增加，制备成分梯度涂层；

步骤5，随炉降温至100℃以下，取出刀具，常温冷却。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述TiAlXN成分梯度涂层的原子百分数为：钛为10～40at.％，铝为5～50at.％，X为0～40at.％，氮为30～55at.％，各元素原子百分数之和为100％。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述TiAl合金靶恒定功率为500W～5000W；X靶材功率增加速率为1W/min～10W/min，X靶材初始功率为0，终点功率为100W～500W。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当X为多种元素的组合时，采用一个X靶材，所述X靶材为多种元素合金靶材；或者采用多个纯元素靶材。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的步骤1中，湿喷砂处理所用喷砂，成分按质量百分含量为：粒度为400～600目的氧化铝磨料20～35％，防锈剂1～15％，水50～79％；喷砂压力0.5～0.8MPa，喷砂时间10～20min。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：刀具基体清洗过程为：先采用商业成品清洗剂对刀具基体进行清洗至少5min，然后用清水清洗至少5min。

7.权利要求1～6任一项所述方法制得的刀具，其特征在于：所述刀具由刀具基体及其表面的TiAlXN成分梯度涂层构成，所述TiAlXN涂层中的X成分的含量由靠近刀具基体的一侧至远离刀具基体的一侧由低到高连续增加，

其中，X为Ta、Si、Cr、Y、Nb、V、Zr中的1～4种，当X为多种元素的组合时，各X元素的原子数相同。

8.根据权利要求7所述的刀具，其特征在于：所述TiAlXN成分梯度涂层厚度为1～4μm。