[实用新型]一种具有结构梯度的AlTiN涂层及切削刀具

说明书

本实用新型适用于硬质镀膜领域，提供了一种具有结构梯度的AlTiN涂层及切削刀具，该具有结构梯度的AlTiN涂层包括TiN过渡层、AlTiN梯度层和AlTiN稳定层，所述TiN过渡层底部附着于基体的表面，所述AlTiN梯度层的底部附着于所述TiN过渡层的顶部，所述AlTiN稳定层的底部附着于所述AlTiN梯度层的顶部。本实用新型还提供了一种切削刀具，包括刀具本体，所述刀具本体的一端设置有切削部，所述切削部设置有上述的具有结构梯度的AlTiN涂层。本实用新型所提供的一种具有结构梯度的AlTiN涂层及切削刀具，其AlTiN梯度层Ti、Al含量比例随厚度的变化而发生改变，所制备的出AlTiN涂层具有较好的硬度和抗氧化性，且结构致密，增强了涂层与基体的结合强度，提升了涂层的抗剥落能力。

技术领域

本实用新型属于硬质镀膜领域，尤其涉及一种具有结构梯度的AlTiN涂层及切削刀具。

背景技术

近年来，刀具切削技术整向高速干式切削方向发展，干式切削是为了保护环境、降低成本而有意识地不使用切削液，在无冷液条件下进行切削加工的切削加工方法。干式切削不是简单地停止使用切削液，而是要在停止使用切削液的同时，保证高效率、高产品质量、高的刀具耐用度以及切削过程的可靠性，这就需要使用性能优良的干切削刀具。干切削不仅要要求刀具材料具有极高的红硬性和热韧性，还必须拥有良好的耐磨性、耐热冲击和抗粘结性，对刀具进行涂层处理，是提高刀具性能的重要途径。实际上，涂层有类似冷却液的功能，它可以产生一层保护层，把刀具与切削热隔离开来，使热量很少传递到刀具，从而能在较长的时间内保持刀尖的坚硬与锋利，在干切削技术中，刀具涂层发挥着非常重要的作用。

AlTiN涂层具有高硬度、高耐磨性以及优异的抗高温氧化性功能，适用于高速切削高合金钢、钛合金、不锈钢等材料。在刀具表面制备AlTiN涂层时，其工作温度在400-500℃，而AlTiN的硬度、弹性模量和热膨胀系数与硬质合金基体有较大差异，冷却后，或者后期刀具加工使用过程中，涂层和基体之间容易因为应力过大导致涂层脱落。传统的方法是在AlTiN涂层和硬质合金基体之间增加一层TiN涂层，TiN硬度介于两者之间，作为过渡层使用，避免顶层AlTiN与基体差异过大，容易导致涂层脱落。而传统方法制备的AlTiN层是一个整体的均匀的材料整体，AlTiN层和TiN层之间，晶格固溶度依然存在较大的差异，这带来两个问题：1、AlTiN层和TiN层之间晶格畸变承受能力存在突变，刀具使用过程中必然导致两层界面结合处弱；2、AlTiN层和TiN层容易存在空洞。这两个问题都会导致刀具使用中，涂层抗剥落能力差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种具有结构梯度的AlTiN涂层及切削刀具，AlTiN涂层表面具有较好的硬度和抗氧化性，且结构致密，能增强AlTiN涂层与切削刀具的结合力，提升AlTiN涂层的抗剥落能力，提高切削刀具的使用寿命。

本实用新型的技术方案是：一种具有结构梯度的AlTiN涂层，包括TiN过渡层、AlTiN梯度层和AlTiN稳定层，所述TiN过渡层底部附着于基体的表面，所述AlTiN梯度层的底部附着于所述TiN过渡层的顶部，所述AlTiN稳定层的底部附着于所述AlTiN梯度层的顶部。

具体地，所述TiN过渡层、所述AlTiN梯度层和所述AlTiN稳定层的总厚度的范围在0.3-5.5μm内。

具体地，所述TiN过渡层、所述AlTiN梯度层和所述AlTiN稳定层的总厚度的范围在0.5-4.5μm内。

具体地，所述TiN过渡层的厚度的范围在0.03-0.45μm内。

具体地，所述TiN过渡层的厚度的范围在0.05-0.4μm内。