[发明专利]一种与金属陶瓷结合牢固的锆铝氮与氧化铝多层复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公布的与金属陶瓷结合牢固的锆铝氮与氧化铝多层复合涂层复合涂层是由CoNiCrAlY高熵合金粘结层、α‑Cr₂O₃氧化物模板层、α‑Al₂O₃氧化物支撑层、ZrAlN氮化物耐磨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1～2.5μm。其制备方法为：对金属陶瓷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层和ZrAlN层。高熵合金层的使用和不同功能子层的结合使涂层各子层之间以及涂层与金属陶瓷基底之间结合牢固，同时涂层具有良好的综合性能，且工艺简单，易于掌握控制。

技术领域

本发明属于切削刀具表面涂层技术领域，具体涉及一种与金属陶瓷结合牢固的氮氧化物复合涂层及其制备方法。

背景技术

金属陶瓷硬度高，耐磨性为普通硬质合金的数倍，而且金属陶瓷的高温性能好；另一方面，金属陶瓷比重轻，约为硬质合金的1/3，金属陶瓷被用作切削刀具具有非常高的性价比。事实证明，金属陶瓷刀具与被加工金属的化学亲和性小，摩擦系数低，抗粘结和抗扩散能力强，切削时不易产生积屑瘤，加工表面质量好。金属陶瓷刀具除适合于加工普通铸件与钢材外，也可加工淬硬钢、高强度钢、冷硬铸铁和镍基高温合金等难加工材料，并能以车、铣代磨，提高生产效率。尽管金属陶瓷刀具的硬度高，但由于金属陶瓷成分与织组中仍然含有大量的金属粘结相（软相），金属陶瓷刀具的硬度和耐磨性仍不及陶瓷刀具，而陶瓷刀具的韧性又太低，应用有限。

在金属陶瓷刀具表面沉积陶瓷涂层，可兼顾硬度、耐磨性与韧性，涂层金属陶瓷刀具的切削性能由此进一步大幅提高。然而，随着切削加工技术的快速发展以及新的难加工材料层出不穷，单一结构的氮化物陶瓷涂层或氧化物陶瓷涂层已经很难满足切削加工要求，特别是高温度条件下的切削加工，不仅要求涂层具有良好的高温力学性能，而且对涂层的化学稳定性、抗氧化性提出了高的要求。因此，新的具有复杂化学成分与结构的多重复合涂层呼之欲出。此外，金属陶瓷与涂层的结合强度较硬质合金与涂层的结合强度低，该问题也亟需解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的问题，提供一种与金属陶瓷结合牢固的锆铝氮与氧化铝多层复合涂层复合涂层。

本发明的另一目的是提供一种上述与金属陶瓷结合牢固的锆铝氮与氧化铝多层复合涂层复合涂层的制备方法。

本发明提供的与金属陶瓷结合牢固的锆铝氮与氧化铝多层复合涂层复合涂层，其特征在于，涂层是由高熵合金粘结层、氧化物模板层、氧化物支撑层、氮化物耐磨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1～2.5μm。

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100～200nm。

其中，上述涂层中，所述氧化物模板层为α-Cr₂O₃，厚度为100～300nm；所述氧化物支撑层为α-Al₂O₃，厚度为500～1000nm；所述氮化物耐磨层为ZrAlN，厚度为300～1000nm。

本发明提供的上述与金属陶瓷结合牢固的锆铝氮与氧化铝多层复合涂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；

C、利用电弧蒸镀工艺制备高熵合金粘结层；

D、利用磁控溅射工艺制备氧化物模板层；