[发明专利]CrMoC/CrMoCN叠层涂层刀具及其制备工艺

说明书

技术领域

本发明属于机械制造金属切削刀具领域，特别是涉及一种CrMoC/CrMoCN叠层涂层刀具及其制备工艺。

背景技术

刀具涂层技术是近几十年应市场需求发展起来的材料表面改性技术，采用涂层刀具可以有效解决刀具材料的硬度、耐磨性和抗弯强度、冲击韧性之间的矛盾，有效提高切削刀具使用寿命，使刀具获得优良的综合机械性能，从而大幅度提高机械加工效率。TiCN是目前最广泛使用的三元碳氮化合物涂层，TiCN涂层由于兼具TiC的高硬度和TiN的良好韧性，显著提高了其摩擦磨损性能(Jinlong Li,Shihong Zhang,Mingxi Li.Influence ofthe C₂H₂flow rate on gradient TiCN films deposited by multi-arc ion plating[J].Applied Surface Science, 2013(283):134-144.)，已广泛应用于铣削、攻牙、冲压、成型及滚齿的加工，在高速切削时比普通硬质合金刀具的耐磨性高5-8倍。中国专利“汽轮机转子轮槽铣刀表面TiCN多层复合涂层制备工艺”(专利号201510564738.5)利用Ti、氮气(N₂)与乙炔气体(C₂H₂)在450℃沉积温度下合成了TiCN涂层铣刀，解决了26NiCrMov145材料转子加工难题。

TiCN涂层虽然具有高硬度、低摩擦系数的优点，但同时因其热稳定性和红硬性较差，仅适合应用于低速切削或具有良好冷却条件的场合，需要对传统TiCN涂层结构和制备工艺进行改进。目前，多元化是材料改善力学性能、耐蚀性和耐磨性的有效途径，通过制备多元复合涂层，既可提高涂层与基体的结合强度，又兼顾多种单涂层的综合性能，显著提高涂层刀具的性能。

目前TiCN等碳氮化合物主要通过化学气相沉积技术(CVD)等技术制备，即通过TiCl₄ (或Ti靶)、CH₄(或C₂H₂)以及N₂等气体反应生成，沉积温度通常超过400℃，对基体产生不利影响，同时气体碳源容易对涂层设备造成污染，制约了其广泛应用。

层状复合材料是近几年发展起来的材料增强增韧新技术，这种结构是通过模仿贝壳而来，因此又叫仿生叠层复合材料。自然界中贝壳的珍珠层是一种天然的层状结构材料，其断裂韧性却比普通单一均质结构高出3000倍以上。因此，通过模仿生物材料结构形式的层间设计，制备出的叠层复合涂层可以提高目前碳氮化合物涂层的韧性、稳定性及减摩耐磨性等综合性能。

发明内容

针对目前现有碳氮化合物涂层刀具性能及制备方法的不足，结合层状复合材料结构的优点，本发明目的在于提供一种CrMoC/CrMoCN叠层涂层刀具及其制备工艺。

本发明所述的CrMoC/CrMoCN叠层涂层刀具，包括刀具基体，刀具基体最外层为 CrMoCN涂层，刀具基体与CrMoCN涂层间有Cr过渡层，CrMoCN涂层与Cr过渡层之间是 CrMoC涂层与CrMoCN涂层交替的复合叠层结构；

其中：

刀具基体材料为高速钢、工具钢、模具钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼中的一种。

本发明所述的CrMoC/CrMoCN叠层涂层刀具的制备工艺，沉积方式为采用非平衡磁控溅射+中频磁控溅射复合镀膜方法，沉积时使用2个非平衡磁控溅射CrMoC复合靶，2个中频磁控溅射Cr靶：首先采用中频磁控溅射沉积Cr过渡层，然后采用非平衡磁控溅射方法交替沉积CrMoC涂层与CrMoCN涂层，最外层CrMoCN涂层。

所述非平衡磁控溅射AlMoC复合靶中包含重量分数为55-70wt％的Cr、20-30wt％的Mo 和10-15wt％的C，所述非平衡磁控溅射AlMoC复合靶采用真空热压法制备，其制备方法如下：

(1)将重量配比好的纯度均为99.9％的的Cr、的Mo和C粉末混匀并装入模具，然后将装有粉末的模具置于真空热压炉；

(2)升温：首先快速升温，并施加初始压力25-45MPa，然后速升温至800～1500℃，保温，混合粉经热压烧结后成型得样品；

(3)烧结结束后所得样品随炉冷却降温至250℃以下出炉。

所述CrMoC/CrMoCN叠层涂层刀具的制备工艺，具体包括以下步骤：