[发明专利]一种TiSiYN多组元复合梯度刀具涂层及其制备方法

说明书

一种TiSiYN多组元复合梯度刀具涂层及其制备方法，涉及刀具涂层领域，该刀具包括依次沉积于刀具基体表面的CrN结合层、TiSiN‑TiSiYN梯度层、TiSiYN功能层,所述CrN结合层的厚度为0.1‑1um；所述TiSiN‑TiSiYN梯度层为不同Y含量叠层结构，所述Y含量随着涂层叠层增加而增加，每个叠层包括TiSiN子涂层和TiSiYN子涂层，每个叠层厚度为0.1‑0.5um,叠层层数为1‑5层，TiSiN‑TiSiYN梯度层厚度为0.1‑2.5um；所述TiSiYN功能层厚度为0.5‑2um；所述TiSiYN多组元复合梯度刀具涂层的总厚度为1‑5um，本发明在TiSiN涂层中加入Y元素可改善TiSiN涂层结构，有效提高涂层的结合力和耐磨性。

技术领域

本发明涉及刀具涂层领域，具体涉及一种TiSiYN多组元复合梯度刀具涂层及其制备方法。

背景技术

采用化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积(PVD)方法在刀具表面涂覆一层硬质涂层是提高材料表面性能的一种经济实用的有效途径。硬质涂层作为机械功能膜的一个重要分支，在机械加工工具中应用很广，特别是在金属切削中占了主导地位。硬质涂层能改善材料的表面性能，减少与工件的摩擦和磨损，有效地提高材料表面硬度、韧性、耐磨性和高温稳定性，大幅度提高涂层产品的使用寿命。

TiSiN 涂层具有良好的化学稳定性、高的热硬性、良好的抗氧化性、高的膜/基结合力以及优异的耐磨性，是目前应用范围最广的工具表面硬质涂层之一，适合各种干切削场合并逐步替代 CrN 涂层。随着高速切削的快速发展，TiSiN 涂层逐渐难以满足现代刀具高速切削的要求，针对 TiSiN 基多元涂层的研究在近几年得到了国内外广泛的关注，通过掺杂微量元素对 TiSiN 涂层结构及性能进行优化是提升 TiSiN 涂层综合性能的有效方法。

耐高温性及抗氧化性是衡量涂层刀具对难加工材料进行切削的寿命的重要指标。在加工过程中，刀尖与切屑接触部分是热量最高的地方。当温度过高时易造成：1）刀具基体软化导致材料硬度下降，部分掺杂元素析出；2）涂层失效，减低了对刀具的保护能力，加剧了刀具磨损过程；3）当加工材料元素活泼时，易与刀具材料或者刀具涂层材料发生氧化化学反应。

随着高速加工技术及各类高性能难加工材料的发展，对金属切削刀具性能提出了越来越高的要求，不仅要求其具有较高的耐磨、耐冲击性能，更要求其具有较高的耐高温、抗氧化性能，以满足越来越高的工程需要。为适应于高速切削条件下对涂层性能的苛刻要求，有必要设计并制备一种具有耐高温、抗氧化性能的纳米复合涂层的刀具。

发明内容

本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种TiSiYN多组元复合梯度刀具涂层，该刀具涂层在 TiSiN 涂层中加入 Y元素可改善TiSiN涂层结构，有效提高涂层的结合力和耐磨性。

本发明的另一目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种TiSiYN多组元复合梯度刀具涂层的制备方法，该制备方法操作简单，成本低廉，容易应用推广。

本发明的目的通过以下技术方案实现：提供一种TiSiYN多组元复合梯度刀具涂层，包括依次沉积于刀具基体表面的CrN结合层、TiSiN-TiSiYN梯度层、TiSiYN功能层,所述CrN结合层的厚度为0.1-1um；所述TiSiN-TiSiYN梯度层为不同Y含量叠层结构，所述Y含量随着涂层叠层增加而增加，每个叠层包括TiSiN子涂层和TiSiYN子涂层，每个叠层厚度为0.1-0.5um,叠层层数为1-5层，TiSiN-TiSiYN梯度层厚度为0.1-2.5um；所述TiSiYN功能层厚度为0.5-2um；所述TiSiYN多组元复合梯度刀具涂层的总厚度为1-5um。

其中，所述CrN结合层以原子百分比计，包括35％-65％的Cr及35％-65％的N。

其中，所述TiSiN-TiSiYN梯度层中的TiSiN子涂层以原子百分比计，包括35％-50％的Ti，35％-50％的N,0.1%-10%的Si。