[实用新型]一种长寿命超纳米金刚石周期性多层涂层刀具

说明书

一种长寿命超纳米金刚石周期性多层涂层刀具，属于涂层刀具的制造技术领域，具体地涉及一种长寿命超纳米金刚石周期性多层涂层刀具的结构设计。该多层涂层刀具的涂层主要包括刀具基体、过渡层及周期性高掺氮和低掺氮超纳米金刚石多层膜。基体的材质主要是硬质合金类，过渡层厚度为100nm‑800nm，多层膜的单层厚度均小于10nm。所述过渡层底部附着于基体表面，所述高掺氮超纳米金刚石层的底部附着于过渡层的顶部，所述低掺氮超纳米金刚石层的底部附着于高掺氮层的顶部，然后高掺氮层和低掺氮超纳米金刚石层交替生长，所述周期性多层涂层刀具最外层为高掺氮层。本实用新型提供的多层涂层刀具具有硬度高、韧性好、表面光滑、精度高、寿命长等优点。

技术领域

本发明属于涂层刀具的制造技术领域，具体地涉及一种基于加工刀具的超纳米金刚石周期性多层涂层刀具，特别是提供了一种具有高硬度和高强韧性的长寿命超纳米金刚石周期性多层涂层，特点是在保证单层刀具高硬度同时，通过多层化提高超纳米金刚石涂层刀具的韧性。

背景技术

金刚石是已知最硬的天然材料，具有极高的硬度，广泛应用于机械、生物医药、电子和光子等领域。随着技术的发展，对工业刀具的要求越来越高，如加工碳纤维和高硅铝材料，需要刀具具有极高的耐磨性(许立,马宁,李丙文.一种金刚石复合涂层刀具及其制备方法[P].中国专利:CN 108149219A,2018,06,12.)，加工硬度较高的材料需要刀具具有较好的韧性。由于金刚石高的脆性，导致金刚石刀具容易崩刃，显著降低其寿命。而且现有的金刚石涂层刀具中金刚石涂层和硬质合金的结合力较弱，在使用过程中金刚石涂层容易发生脱落(R·M·佩尼奇,P·L·赫格德，A·因斯佩克托.纳米涂层刀具及其制造方法[P].中国专利:CN 1643183A,2005,07,20.)。这些问题都严重影响金刚石涂层刀具的使用寿命。

超纳米金刚石(UNCD)晶粒尺寸小于10nm，表面光滑平整，具有良好的表面质量。超纳米金刚石涂层是以SP³杂化的碳原子占绝大多数的、具有某种网状结构的膜层中晶粒尺寸小于40nm的碳薄膜(姚勇.一种基于加工刀具的复合涂层制备工艺[P].中国专利:CNIO8315716A,2018.07.24.)。UNCD涂层不仅具有良好的膜 -基附着强度，而且能够有效降低金刚石涂层的表面粗糙度，可提高刀具的切削性能。由于UNCD晶粒小、晶界比例高，在量子尺寸效应，小尺寸效应，表面效应，界面效应等更加明显，在力学，声学，光学，电学等方面的一些性能更加优越，使之越来越接近和满足工业生产和实际应用要求(吕琳,汪建华,翁俊,等. 超纳米金刚石薄膜的性能和制备及应用[J].真空与低温,2014,20(3):125-131.)。但单层涂层刀具由于在高温下沉积，会造成涂层与基体间存在应力，容易导致脱膜现象，从而严重影响刀具的使用寿命。

实用新型内容

本实用新型的目的克服上述现有技术的不足，设计了一种长寿命超纳米金刚石多层刀具涂层。增加过渡层提高膜基结合力，降低应力，具有多层化的涂层刀具在使用过程中会使刀具的韧性大幅度提升，提高UNCD多层涂层刀具的使用寿命。周期性掺氮生长的多层涂层刀具，多层的存在会使切削力沿着层与层之间分散，使超纳米金刚石周期性多层涂层刀具的韧性提高，不易断裂，从而增加刀具的使用寿命。

本实用新型的技术方案是：一种具有周期性多层结构的涂层刀具主要包括刀具基体、Ti/Mo复合过渡层，之后是高掺氮超纳米金刚石层和低掺氮超纳米金刚石层交替生长形成UNCD多层膜涂层材料。所述衬底的材质主要是硬质合金类，多层化所述刀具涂层总厚度为0.5-6μm，所述Ti/Mo复合过渡层的厚度为 100nm-600nm，所述少掺氮超纳米金刚石层的厚度小于10nm，所述多掺氮超纳米金刚石层的厚度小于10nm，直至达到所要求的涂层厚度。