[发明专利]一种复合涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明涉及一种复合涂层刀具及其制备方法，属于复合涂层刀具技术领域。本发明的复合涂层刀具，包括刀具基体和由刀具基体表面向外依次设置的金刚石层和氮化物层。本发明的复合涂层刀具，在金刚石层外设置氮化物层，利用氮化物的红硬性，提高了复合涂层刀具的耐高温性和耐腐蚀性，并使金刚石与铸铁、Ⅷ族元素金属及其合金之间不发生粘合，有效地促进了金刚石涂层和氮化物复合涂层对铸铁、黑色金属、Ⅷ族元素金属及其合金的加工性能。

技术领域

本发明涉及一种复合涂层刀具及其制备方法，属于复合涂层刀具技术领域。

背景技术

作为机械加工刀具及耐磨零件主要材料之一的常规硬质合金，已经越来越难以满足其发展要求，金刚石低压化学气相沉积方法的成功开发应用，为研究和开发金刚石涂层硬质合金复合产品奠定了基础。与金刚石单晶和金刚石复合材料相比，金刚石涂层硬质合金产品不仅成本低廉，形状局限性更小，而且其使用性能也能与前两者媲美。但是硬质合金基体与金刚石涂层的热膨胀系数相差悬殊，致使基体与涂层之间的界面结合力较弱，目前的研究主要集中如何提高基体与金刚石涂层之间的界面结合力等方面。

金刚石涂层硬质合金产品主要用作切削刀具，但是由于黑色金属及Co、Ni等Ⅷ族元素金属在熔融状态下是C的溶剂，在机械加工过程中，局部高温使得金刚石的碳原子溶入金属晶格中，金刚石及金刚石相关的涂层产品的切削刃将无法继续工作。通过增加切削液，使金刚石涂层工具刃口加工工件时，温度相对降低，使金刚石涂层工具加工黑色金属，并且由于高硬度高强度的特性，效果优异，但是由于加入的切削液会对环境造成不良的影响，不利于绿色环保。因此如何使金刚石涂层刀具在加工黑色金属和Co、Ni等Ⅷ族元素金属及其合金材料时，在保持其高硬度高强度等特性的同时，又可以不对环境造成影响，成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种复合涂层刀具，可用于黑色金属和Co、Ni等Ⅷ族元素金属及其合金材料的加工。

本发明还提供了一种上述复合涂层刀具的制备方法。

为了实现以上目的，本发明的复合涂层刀具所采用的技术方案是：

一种复合涂层刀具，包括刀具基体和由刀具基体表面向外依次设置的金刚石层和氮化物层。

本发明的复合涂层刀具，在金刚石层外设置氮化物层，利用氮化物的红硬性，提高了复合涂层刀具的耐高温性和耐腐蚀性，并使金刚石与铸铁、黑色金属、Ⅷ族元素金属及其合金之间不发生粘合，有效地促进了金刚石涂层和氮化物复合涂层铸铁、对黑色金属、Ⅷ族元素金属及其合金的加工性能。由于高硬度的金刚石涂层的存在，提高了刀具基体表面的复合涂层的硬度值，结构致密的氮化物层又能够提高复合涂层的耐高温温度和韧性。高硬度和高韧性值提高了复合涂层刀具的加工强度，使其能够用于粗加工及断续加工。

所述金刚石层和氮化物层之间设置有钛金属层，所述钛金属层和金刚石层之间还设置有碳化钛过渡层。在金刚石层和氮化物层之间设置钛金属层和碳化钛过渡层，能够增强氮化物等和金刚石层之间的结合强度，使用过程无氮化物脱落现象，延长了复合涂层刀具的使用寿命。

所述钛金属层的厚度为0.01～0.2μm，碳化钛层的厚度为0.01～0.1μm。

切削工件时，氮化物层在刀具表面形成热屏障。所述氮化物层由氮化物构成；所述氮化物由Ti、Si、Al、Cr、Zr中的至少一种元素与N元素组成。

优选的，所述氮化物由Si、Al、Cr、Zr中的至少一种元素与Ti元素、N元素组成。

优选的，所述氮化物由Ti、Si、Al和N元素组成。所述氮化物中Ti、Si和Al的原子摩尔比为1～3:0.05～0.3:2～3。因N元素在涂层化合物形成过程中，参与其它元素形成接近于计量比的氮化合物。但在涂层成分中，氮化物中N原子与其它元素原子的实际比例值的准确值难以确定，以文以未知数x代替氮的相对摩尔比值。