[发明专利]一种抗氧化的氧化铝/氮化钛硅复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公布的抗氧化的氧化铝/氮化钛硅复合涂层是由CoNiCrAlY高熵合金粘结层、α‑Cr₂O₃氧化物模板层、α‑Al₂O₃氧化物核心层、TiSiO氧化物过渡层、TiSiN氮化物表层五个子层构成的整体，这五个子层的顺序是由内至外，涂层总厚度为1～3.5μm。其制备方法为：基底被加热和离子刻蚀后，先利用电弧蒸发镀工艺在基底上沉积CoNiCrAlY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、TiSiO层和TiSiN层。α‑Al₂O₃氧化物涂层与氮化物涂层的有机结合，使得涂层在高温工作条件下既具有很好的抗氧化性，又表现出良好的耐磨性，且制备方法简单，易于实施。

技术领域

本发明属于切削刀具表面涂层技术领域，具体涉及一种抗氧化的氧化铝/氮化钛硅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。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种抗氧化的氧化铝/氮化钛硅复合涂层。

本发明的另一目的是提供一种上述抗氧化的氧化铝/氮化钛硅复合涂层的制备方法。

本发明提供的抗氧化的氧化铝/氮化钛硅复合涂层，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、氧化物过渡层、氮化物表层五个子层构成的整体，这五个子层的顺序是由内至外，涂层总厚度为1～3.5μm。

其中，上述涂层中，所述高熵合金粘结层为Co_aNi_bCr_cAl_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100～300nm。

其中，上述涂层中，所述氧化物核心层为α-Al₂O₃，厚度为500～2000nm。

其中，上述涂层中，所述氧化物过渡层为TiSiO，厚度为50～200nm。

其中，上述涂层中，所述氮化物表层为TiSiN，厚度为300～800nm。

本发明提供的上述抗氧化的氧化铝/氮化钛硅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；