[发明专利]一种适用于硬质合金刀片的复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种适用于硬质合金刀片的复合涂层，其包括Ti_1‑x‑yAl_xSi_yN底层和以Ti_1‑x‑yAl_xSi_yN/V₂O₅为调制周期的多周期面层，这样一来，使得具有该复合涂层的刀片具有优良的高硬度、高耐磨性、高红硬性以及润滑性能，且有效地改善了复合涂层与刀片基体之间的结合强度，从而使其具有良好的机械加工性能和使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种刀片表面改性技术领域，特别是涉及一种适用于硬质合金刀片的复合涂层及其制备方法。

背景技术

TiAlSiN涂层由于其自身具有高的硬度、高的耐磨性和优异的红硬性被大规模应用于刀片表面改性领域，从而提高刀片的加工性能以及使用寿命。TiAlSiN涂层的晶体结构和力学性能在很大程度上取决于涂层中的Al含量，当Al含量超过一定含量时，涂层会由单相立方结构向六方结构转化而使其力学和热性能下降。另外，在保持涂层为立方结构时，涂层的力学性能和高温抗氧化性能与涂层中的Al含量和Si含量密切相关，因此，TiAlSiN涂层的成分组成控制非常重要。但是，TiAlSiN涂层的摩擦系数相对较高，会增加涂层工具和被加工材料之间的摩擦磨损并使加工区域的温度升高，加剧工具的磨损。基于上述原因，亟待技术人员解决上述问题。

发明内容

本发明提供一种适用于硬质合金刀片的复合涂层，该涂层包括一层沉积在刀片基体的Ti_1-x-yAl_xSi_yN底层和具有多层结构的Ti_1-x-yAl_xSi_yN/V₂O₅面层，该涂层综合了Ti_1-x-yAl_xSi_yN层高硬度和V₂O₅润滑性能的优点。

在上述本发明的复合涂层技术方案中，研究和试验表明，上述Ti_1-x-yAl_xSi_yN底层的力学和热性能与Al含量密切相关，当Al含量超过一定含量时，涂层会由单相立方结构向六方结构转化而使其硬度和热性能下降。

在上述本发明的复合涂层技术方案中，研究和试验表明，上述Ti_1-x-yAl_xSi_yN底层的力学和热性能与Si含量也密切相关，在保持涂层立方结构前提下，适当增加涂层Si含量也会增加涂层的硬度，但过高的Si含量反而使涂层的硬度降低。此外，Si的加入会降低Al在TiN中的固溶度，促使涂层向六方结构转化，而使涂层的性能降低。

在上述本发明的复合涂层技术方案中，研究和试验表明，为了获得Ti_1-x-yAl_xSi_yN涂层的最优性能，涂层成分的优选范围为0.3≤x≤0.5，0≤y≤0.2且0.3≤x+y≤0.5。