[发明专利]一种抗高温氧化的铝铬硅氮与氧化铝多层复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公布的抗高温氧化的铝铬硅氮与氧化铝多层复合涂层是由CrAlTiZrY高熵合金粘结层、α‑Cr₂O₃氧化物模板层、α‑Al₂O₃氧化物核心层、AlCrSiN氮化物表层四个子层构成的整体，这四个子层的顺序是由内至外，涂层总厚度为1～3μm。其制备方法为：对基底进行加热和离子刻蚀后，先利用电弧蒸发镀工艺在基底上沉积CrAlTiZrY层；然后，使用阴极电弧离子镀工艺，再继续依次沉积α‑Cr₂O₃层、α‑Al₂O₃层和AlCrSiN层。由于各子涂层的抗氧化协同作用，铝铬硅氮与氧化铝多层复合涂层的抗高温氧化性能被进一步提高，并且涂层的耐磨性能好，制备工艺简单，易于实施，适合工业化生产与应用。

技术领域

本发明属于切削刀具表面涂层技术领域，具体涉及一种抗高温氧化的铝铬硅氮与氧化铝多层复合涂层及其制备方法。

背景技术

随着切削加工技术的发展进步和切削加工要求的提高，切削刀具包括其表面上的涂层材料面临挑战。以干切屑、高速切削为代表的新切削技术的特点是，切削区域温度升高，刀具切削部位承受的温度相应提高，因此涂层刀具除了表面磨损失效之外，涂层也时常发生氧化失效。氮化物硬质涂层是切削刀具表面上广泛使用的涂层材料，氮化物涂层在高温条件下易与空气中的氧气作用，氮化物转变成氧化物，晶格膨胀，很容易剥落。因此，氮化物硬质涂层在干切屑、高速切削条件下的应用面临难题。氧化物涂层的优势是涂层本身是氧化物，不存在涂层氧化的问题或者涂层自身就是抗氧化的，这类涂层更适宜于刀具在高温条件下工作。α-Al₂O₃由于结构致密、化学稳定性好、热稳定性好以及具有较高的硬度和韧性，是高温条件下切削加工的理想刀具表面涂层材料。

物理气相沉积法是制备刀具涂层材料的重要方法，该法沉积温度低，适用于多种基底材料的表面涂层处理。但是，由于物理气相沉积法的沉积温度低，导致该方法沉积α-Al₂O₃的能量不足，物理气相沉积法制备的Al₂O₃涂层通常为非晶态或其它晶形结构，难以获得理想的使用效果。另外，Al₂O₃涂层硬度较氮化物涂层低，单一的Al₂O₃涂层抗磨损性能不足，具有复杂结构的涂层体系是今后涂层的重要发展方向。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种抗高温氧化的铝铬硅氮与氧化铝多层复合涂层。

本发明的另一目的是提供一种上述抗高温氧化的铝铬硅氮与氧化铝多层复合涂层的制备方法。

本发明提供的抗高温氧化的铝铬硅氮与氧化铝多层复合涂层，其特征在于，涂层是由高熵合金粘结层、氧化物模板层、氧化物核心层、氮化物表层四个子层构成的整体，这四个子层的顺序是由内至外，涂层总厚度为1～3μm。

其中，上述涂层中，所述高熵合金粘结层为Cr_aAl_bTi_cZr_dY_e，a+b+c+d+e=1，a、b、c、d、e的取值范围为0.15～0.4，厚度为50～200nm。

其中，上述涂层中，所述氧化物模板层为α-Cr₂O₃，厚度为150～300nm；所述氧化物核心层为α-Al₂O₃，厚度为500～2000nm；所述氮化物表层为AlCrSiN，厚度为300～500nm。

本发明提供的上述抗高温氧化的铝铬硅氮与氧化铝多层复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

A、将清洁的基底材料装入涂层设备真空室中，抽真空并加热；

B、对基底表面进行离子刻蚀；