[发明专利]一种与硬质合金结合牢固的氮化锆铝/氧化铝复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公布的与硬质合金结合牢固的氮化锆铝/氧化铝复合涂层是由CoNiCrAlY高熵合金粘结层、α‑Cr₂O₃氧化物模板层、α‑Al₂O₃氧化物支撑层、AlZrON氮氧化物衔接层、AlZrN氮化物耐磨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1～2.5μm。其制备方法为：硬质合金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；然后使用磁控溅射工艺，再继续依次沉积α‑Cr₂O₃层、α‑Al₂O₃层、AlZrON层和AlZrN层。高熵合金粘结层的采用及不同功能子层的配合，使得涂层与硬质合金基底之间结合牢固，且涂层综合性能优良，工艺简单，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，具体涉及一种与硬质合金结合牢固的氮化锆铝/氧化铝复合涂层及其制备方法。

背景技术

表面涂层是对切削刀具表面进行改性的重要途径。刀具上涂层的制备方法主要包括化学气相沉积技术（CVD）和物理沉积技术（PVD）两大类型。相比于CVD技术，PVD技术具有沉积温度低、对刀具基底材料性质影响小、可适用的刀具基底材料范围广等特点，特别是PVD中的磁控溅射技术制备的硬质涂层还具有表面质量好的优点，这对精密加工非常重要。但是，PVD涂层技术存在一个不足，即沉积粒子的能量低，从而使得沉积的涂层与基底之间结合性能较差。

随着切削加工要求不断提高和刀具加工条件的苛刻化，单一结构形式的硬质涂层的应用越来越受到局限；相反地，多层涂层、复杂结构涂层成为刀具涂层发展的趋势，尤其是以α-Al₂O₃涂层与氮化物涂层相结合的多层复合涂层具有非常广阔的应用前景。目前的CVD刀具涂层大多数都是α-Al₂O₃涂层与（碳）氮化物涂层相结合的多层复合涂层。但是，PVD涂层技术温度低的特点使得该方法在制备α晶体结构的Al₂O₃受到阻碍，因为沉积温度过低，能量不足，沉积的Al₂O₃通常为非晶结构或呈其他类型的晶体结构。即便是磁控溅射技术成功制备出晶体结构完整的α-Al₂O₃涂层，α-Al₂O₃氧化物涂层与氮化物涂层的结合以及涂层与基底材料的结合仍需不断探索。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种与硬质合金结合牢固的氮化锆铝/氧化铝复合涂层。

本发明的另一目的是提供一种上述与硬质合金结合牢固的氮化锆铝/氧化铝复合涂层的制备方法。

本发明提供的与硬质合金结合牢固的氮化锆铝/氧化铝复合涂层，其特征在于，涂层是由高熵合金粘结层、氧化物模板层、氧化物支撑层、氮氧化物衔接层、氮化物耐磨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1～2.5μm。

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，所述氧化物支撑层为α-Al₂O₃，厚度为500～1000nm。

其中，上述涂层中，所述氮氧化物衔接层为AlZrON，厚度为50～200nm。

其中，上述涂层中，所述氮化物耐磨层为AlZrN，厚度为300～800nm。