[发明专利]一种自组装Ti-Al氮化物多层涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明提供一种Ti‑Al氮化物多层涂层刀具，包括刀具基体和复合在所述刀具基体表面的Ti‑Al氮化物多层涂层；所述Ti‑Al氮化物多层涂层包括富Ti层和富Al层，所述富Ti层和富Al层交替沉积在所述刀具基体上；所述Ti‑Al氮化物多层涂层包含以下原子百分比的组分：Al：20～35％，Ti：10～30％，N：50～60％。该涂层可以实现高硬度、高耐磨性和高温抗氧化性好的效果，工艺简单，可操作性强，可控性好，成本低廉，适应性好，适用于机械零部件、刀模具等产品表面的防护，具有较好的经济效益。本发明还提供了一种Ti‑Al氮化物多层涂层刀具的制备方法。

技术领域

本发明属于材料涂层技术领域，尤其涉及一种自组装Ti-Al氮化物多层涂层刀具及其制备方法。

背景技术

在高速和干式切削成为主流的今天，涂层技术的快速发展对刀具性能的改善和切削加工技术的进步起关键作用涂层刀具已成为现代刀具的重要标志.70年代的TiN涂层高温抗氧化温度在600℃以下，无法满足高速切削的要求。90年代研究发现TiAlN硬质涂层因其具有高硬度、耐腐蚀、高抗氧化性、高耐磨性等优良性能，进而成为高速切削刀具涂层主流，已在刀具等行业显示出极其广阔的应用前景。

但随着高速切削和干式切削对刀具提出的越来越高的要求，TiAlN涂层在实际高速切削和干式切削应用中，切削区域的温度通常可达到甚至高于AlTiN涂层的热分解温度(约为950℃)，从而致使刀具氧化、刀尖软化、刀具瞬间磨损等失效形式的出现。这就迫使进一步改善TiAlN涂层的综合力学性能及高温氧化性能成为重要发展方向。

目前研究发现采用涂层结构调制的方法制备出TiAlN/TiN纳米多层膜。与单层膜TiAlN涂层相比，高温抗氧化从800℃提高到850℃和涂层刀具寿命提高了1倍。然而在实际高速切削和干式切削应用中，切削区域的温度可达950℃左右，TiAlN/TiN纳米多层膜的硬度、抗氧化性方面还有所不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自组装Ti-Al氮化物多层涂层刀具及其制备方法，本发明中的涂层硬度高、且高温抗氧化性好。

本发明提供一种自组装Ti-Al氮化物多层涂层刀具，包括刀具基体和复合在所述刀具基体表面的Ti-Al氮化物多层涂层；

所述Ti-Al氮化物多层涂层包括富Ti层和富Al层，所述富Ti层和富Al层交替沉积在所述刀具基体上；

所述Ti-Al氮化物多层涂层包含以下原子百分比的组分：

Al：20～35％，Ti：10～30％，N：50～60％。

优选的，所述刀具基体为金属单质、硬质合金或陶瓷。

优选的，所述Ti-Al氮化物多层涂层的厚度为2～10μm。

优选的，所述富Ti层的单层厚度为2～20nm；

所述富Al层的单层厚度为5～100nm。

本发明提供一种Ti-Al氮化物多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

A)将刀具置于样品转盘架的边缘的样品盘上，采用Ar气对刀具基体表面进行溅射清洗，然后点燃Cr靶，用Cr离子轰击刀具基体，活化基体表面；

B)通入N₂气，点燃Al-Ti靶，调整样品盘公转和自转的转速，沉积Ti-Al氮化物多层涂层，得到Ti-Al氮化物多层涂层刀具；

所述Al-Ti靶中，Al的原子百分比为30～70％，Ti的原子百分比为20～60％；

所述样品盘公转的转速为0～5r/min；所述样品盘自转的转速为1～6r/min。

优选的，所述步骤A)中，真空度为1.0～8.0×10^-3Pa；