[发明专利]一种用于圆锯片的软硬结合复合涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及刀具技术领域，公开了一种用于圆锯片的软硬结合复合涂层，从内到外依次包括底层、缓冲层、加强硬涂层和软硬复合层，其中底层为Ti金属层，缓冲层为TiN层，加强硬涂层为TiAlN层，软硬复合层为TiAlN单层和WS₂‑TiB₂单层交替设置形成的多层复合层，WS₂‑TiB₂单层包括位于两侧的分别与TiAlN层贴靠过渡层，及位于两侧过渡层之间的稳定层，过渡层中从与TiAlN贴合一侧到稳定层一侧，WS₂的质量分数逐渐增大，稳定层中WS₂的质量分数保持不变。本发明采用TiAlN单层和WS₂‑TiB₂单层交替沉积的方式制得软硬复合层，使得复合涂层既具有高硬度又兼具自润滑性能，且各层之间的结合力强。

技术领域

本发明涉及刀具技术领域，尤其是涉及一种用于圆锯片的软硬结合复合涂层及其制备方法。

背景技术

圆锯片是一种用于石材、木材、金属、塑料等材料坯料加工的切割刀具，随着汽摩制造、重工机械及精密仪表等制造业对金属材料的强度、韧性等的要求越来越高，切削加工的难度也越来越大，对切割刀具的硬度、耐高温性能等都提出了更高的要求。

现有技术中为了提高刀具的硬度、耐磨性能等，一般会在刀具表面设置TiN层、TiAlN层等硬涂层，以保证适宜的切削速度。例如，一种在中国专利文献上公开的“高韧性和高硬度的厚Ti/TiAlN多层涂层及其制备方法”，其公告号CN110004415A，采用通用的弧光离子镀设备进行沉积，选用Ti靶和TiAl靶作为阴极靶材，该Ti/TiAlN多层涂层沉积于硬质合金基体表面；所述Ti/TiAlN多层涂层为层状结构，包括TiN过渡层、多个TiAlN子层和Ti子层，沉积于基体的第一层为TiN过渡层，第二层为TiAlN子层，之后为Ti子层，TiAlN子层和Ti子层相互交替叠加沉积，最外层为TiAlN子层。该发明Ti/TiAlN多层涂层具备高厚度、良好的膜基结合强度、高硬度、高韧性等特点，并具备良好的抗氧化性能。

但使用传统的硬涂层制作出的刀具，在切削加工中，刀具与工件、刀具与切屑的界面存在很大的摩擦，使切削力、切削热和工件的变形增加，导致了刀具磨损、降低了加工质量。所以使用传统的硬涂层制作出的刀具在加工过程中需使用切削液，以减小金属切削过程中的界面摩擦，保证加工质量，提高刀具使用寿命。但切削液中往往含有有害的化学物质，会造成严重的环境污染，同时，切削液还需一整套循环系统维持，增加了加工成本。因此需要对切削刀具的涂层进行改进，使涂层具有自润滑功能，从而使切削刀具可以在切削过程中无需使用切削液，实现干切削。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中使用传统的硬涂层制作出的刀具在加工过程中需使用切削液，以减小金属切削过程中的界面摩擦，保证加工质量，提高刀具使用寿命，但切削液中往往含有有害的化学物质，会造成严重的环境污染，同时，切削液还需一整套循环系统维持，增加了加工成本的问题，提供一种用于圆锯片的软硬结合复合涂层及其制备方法，制备出的复合涂层既具有硬涂层的高硬度，以保证适宜的切削速度和工件表面的光洁度，又具有软涂层良好的自润滑性，降低涂层圆锯片的刀-屑摩擦系数，从而保证加工质量，提高刀具使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于圆锯片的软硬结合复合涂层，从内到外依次包括底层、缓冲层、加强硬涂层和软硬复合层，其中底层为Ti金属层，缓冲层为TiN层，加强硬涂层为TiAlN层，软硬复合层为TiAlN单层和WS₂-TiB₂单层交替设置形成的多层复合层，WS₂-TiB₂单层包括位于两侧的分别与TiAlN单层贴靠的过渡层，及位于两侧过渡层之间的稳定层，过渡层中从与TiAlN单层贴合一侧到稳定层一侧，WS₂的质量分数逐渐增大，稳定层中WS₂的质量分数保持不变。