[发明专利]一种Hf-BHfN-BHfNC复合涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明属于刀具涂层材料技术领域，涉及一种Hf‑BHfN‑BHfNC复合涂层刀具及其制备方法。该刀具基体材料为高速钢材料，涂层由内至外依次为Hf过渡层、BHfN硬涂层、BHfNC硬涂层。该涂层刀具的Hf过渡层是通过电镀和热处理的工艺制备，BHfN层和BHfNC层均采用反应磁控溅射的方法制备。该涂层刀具的过渡层材料与刀具基体材料深度扩散，涂层与基体之间具备较高的结合强度，表面涂层硬度高、耐磨性好。该刀具可广泛应用于低硬度金属材料的切削加工，提高刀具使用寿命和切削加工效率。

技术领域

本发明涉及一种Hf-BHfN-BHfNC复合涂层刀具及其制备方法，属于刀具涂层材料技术领域。

背景技术

机械制造业为整个国民经济提供技术装备，是国民经济和社会发展以及国防建设的物质基础，其发展水平是国家综合实力的重要标志。切削加工技术是机械制造业中应用最广泛的基础技术，而切削刀具技术的进步则是切削加工技术快速发展的关键。近年来，为满足干切削、高速切削等对切削刀具提出的新的要求，金属切削工具行业在不断尝试开发新型耐磨刀具材料、刀具涂层以及开展刀具几何结构的优化设计，这些方法均在一定程度上解决了限制切削技术发展的瓶颈问题。在这些方法中，其中以涂层的适用性最为广泛，但涂层与基体材料之间的结合问题成为了制约其性能发挥的一大因素，尤其是涂层与刀具基体结合部分的过渡层的结合性能至关重要。为此，开发新型的高结合强度的涂层刀具对促进涂层刀具应用范围的扩大以及切削加工技术的进步将具有重要意义。

中国专利“申请号：201710532821.3”报道了AlNbCN多元梯度复合涂层刀具及其制备方法，该发明通过采用中频磁控溅射和多弧镀的复合方法在刀具基体表面依次沉积Ti过渡层、AlNbC过渡层、含氮量梯度渐变的AlNbCN涂层，该刀具具备较高的硬度和强度。中国专利“申请号：201710532803.5”报道了SiNbC/SiNbCN叠层复合涂层刀具及其制备工艺，该发明通过非平衡磁控溅射和电弧离子镀的方法在刀具基体表面交替沉积所述两种复合涂层，该刀具具备良好的物理机械性能，可应用于多种金属材料的精加工和半精加工。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种Hf-BHfN-BHfNC复合涂层刀具及其制备方法，进一步提高涂层膜基结合强度和镀膜的物理机械性能。

技术方案：本发明的一种Hf-BHfN-BHfNC复合涂层刀具，刀具基体材料为高速钢材料，刀具涂层由内至外依次为Hf过渡层、BHfN硬涂层、BHfNC硬涂层。

本发明的一种Hf-BHfN-BHfNC复合涂层刀具的制备方法如下：首先使用HfCl₄电解液在高速钢刀具基体表面电镀沉积Hf过渡层，电解液浓度为5～10wt.％，阳极为金属铪材，电镀沉积过渡层厚度为0.2～0.5μm，将电镀沉积过渡层后的刀具放入真空加热炉中加热至300～500℃保温，促进铪元素与刀具基体材料的扩散，形成高结合强度的过渡层；采用磁控溅射的方法在过渡层表面沉积BHfN涂层，选用高纯度单质硼、单质铪作为射频靶材，通氮气和氩气的混合气体，氮气与氩气的质量分数占比为1:5，沉积气压0.6-1.0Pa，沉积BHfN涂层厚度达0.5～0.8μm；采用磁控溅射的方法在BHfN层表面沉积BHfNC涂层，选用碳化硼、单质铪作为射频靶材，通氮气和氩气的混合气体，沉积温度为350～450℃，沉积BHfNC涂层厚度达0.5～1.0μm。

有益效果：本发明通过结合电镀与磁控溅射的综合工艺方法在高速钢刀具表面沉积一种新型的Hf-BHfN-BHfNC复合涂层。相比现有的常规氮化钛基涂层，本发明的新型复合涂层具有更高的硬度，且金属铪作为过渡层相比传统的钛过渡层更为致密；相比现有的单一PVD镀膜方法，本发明的电镀结合热处理的过渡层制备工艺将有效促进过渡层元素与基体材料的扩散，显著增强涂层与基体的结合强度。本发明的一种Hf-BHfN-BHfNC复合涂层刀具可广泛应用于低硬度金属材料的切削加工，提高刀具使用寿命和切削加工效率。

附图说明