[发明专利]一种纳米复合锆铝铬氮化物刀具涂层及其制备方法

说明书

本发明属于金属表面涂层技术领域，公开了一种在WC/CO硬质合金基体上沉积纳米复合锆铝铬氮化物涂层及其制备方法。本发明所述的锆铝铬氮化物涂层分为两层，一层为Cr/CrN打底层，厚度为100～400纳米；一层为纳米复合锆铝铬氮化物涂层，厚度为2.8～3.4微米；涂层总厚度为2.9～3.8微米。本发明所述的涂层采用多弧离子镀技术沉积。涂层中含有锆、铝、铬和氮四种元素，涂层显微硬度达到34.6GPa，耐高温氧化温度可达1260℃，划痕法测得涂层与基体见的结合力可达120N。通过本发明制备的硬质合金刀具有较高的膜基结合力，可实现对高硬度的金属材料进行高速干切削。

技术领域

本发明属于金属表面涂层技术领域，涉及一种采用多弧离子镀技术沉积的纳米复合锆铝铬氮化物刀具涂层及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的快速发展，人们对机械部件提出了更高的综合性能要求，但有些要求往往超出了单一材料可以达到的性能范围。例如，对于在高温环境中使用的部件，除了要求其有较高的高温强度外，还要求它具有良好的抗高温氧化、腐蚀、冲蚀和磨损的能力。对于在剧烈磨损环境中使用的工具，则对其在高温强度、韧性、耐磨性等方面都提出了比以前更高的要求。单一的材料往往不可能满足上述的所有性能要求，而采用涂层方法制备的材料组合则可以有效地发挥各种材料的优点，同时避免各自的局限性。

最早的硬质耐磨涂层一般是应用在合金刀具上，在刀具基体上涂覆一层高硬物质涂层，提高刀具表面的耐磨性，抗粘合性，抗氧化性以及减小摩擦系数，从而提高了刀具的使用寿命。随着涂层技术的不断发展与完善以及耐磨涂层材料的开发，越来越多的涂层应用于需要耐磨及防护的机械零部件上来提高材料的耐磨、耐热和防腐性能。发展新型涂层材料和涂层制备技术一直是涂层技术重要内容，本发明就提供了一种新型的应用于刀具的涂层。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在硬质合金刀具表面涂覆了一层纳米复合锆铝铬氮化物的刀具涂层及其制备方法。本发明的具体技术方案如下所述。

本发明提供一种纳米复合锆铝铬氮化物刀具涂层，其配方为：锆30～60at.％，铝5～30at.％，铬5～20at.％，氮20～50at.％。用本配方制成的锆铝铬氮化物涂层，其各成分含量之和应为100％。

上述涂层是在硬质合金基体上先沉积一层Cr/CrN打底层，厚度为100～400纳米；然后才沉积纳米复合锆铝铬氮化物涂层，厚度为2.8～3.4微米；涂层总厚度为2.9～3.8微米。

上述硬质合金基体可以为WC/Co硬质合金刀具。

本发明还提供上述纳米复合锆铝铬氮化物涂层的制备方法，所述方法包括如下步骤：

(1)基体预处理工艺：将预镀刀具放入盛有浓度为95％的酒精的超声波清洗机中清洗5min，接着将取出的刀具烘干。

(2)沉积Cr/CrN打底层：将清洗后的刀具均匀的固定在工件架上，装入多弧离子镀镀膜机中，调节工件架转速为10-165r/min。抽至本底真空5×10^-4Pa，通入Ar气调节腔体气压至0.1-0.5Pa，同时打开加热器升温至350-450℃。对基体施加400-600V负偏压，溅射基体600-800s,溅射功率5-7kw。随后降低基体负偏压至280-320V，通入N₂，调节腔体气压至1-3Pa，温度升高至450-550℃。使铬靶通电，靶电流50～60A，沉积Cr/CrN打底层600-800s。

(3)沉积纳米复合锆铝铬氮化物涂层：然后使锆靶和铝靶通电，通过调节铬靶和铝靶的功率沉积不同原子百分比含量的锆铝铬氮化物涂层，沉积时间240-300min。沉积结束后使刀具随炉冷却至150℃以下取出。