[发明专利]一种复合涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及保护涂层技术领域，尤其涉及一种复合涂层及其制备方法和应用。本发明提供的复合涂层，包括依次层叠设置的TiN层、AlTiN层、AlTiSiN层和V掺杂的AlTiSiN层。根据实施例的记载，本发明所述的复合涂层的硬度最大可达到47.3GPa，即便是在900℃空气中进行退火处理30min，其硬度仍可保持在40GPa以上。因此，本发明所述的复合涂层可以满足在复杂的高速切削环境中工作的要求。

技术领域

本发明涉及保护涂层技术领域，尤其涉及一种复合涂层及其制备方法和应用。

背景技术

随着加工业的不断发展，刀具已不仅仅需要满足高强度、长使用寿命、高切削和进给速度，还要适用于高自动化的生产需要。并且考虑到环境污染小，高速度切削、干切削以及微润滑切削等绿色切削日益成为切削技术的发展主流，这都对刀具的发展提出了更高的要求。现如今，刀具涂层也从最初的单一的TiN、NbN薄膜，发展成为NbSiN和TiSiN等纳米复合涂层，以及TiN/AlN、TiN/NbN等纳米多层涂层结构，这在很大的程度上提高了薄膜刀具的综合性能。

纳米复合涂层是由两种材料构成，界面相包裹着基体相的一种三维网状结构的涂层，构成材料可以为纳米晶/纳米晶的形式，也可为纳米晶/非晶态的形式。大量科学工作者对这类薄膜进行了研究探索，也取得了很多的成果：例如，申请号为201611164439.3的中国专利公开了一种Ti-Ag-N纳米复合涂层及其制备方法，其要解决的技术问题是nc-TiN/a-Si₃N₄纳米复合涂层的高摩擦系数导致切削过程中产生大量热量，涂层刀具前刀面依然产生积屑瘤。本发明的纳米复合涂层：按离基体的远近区分，从内到外依次包括：基体表面Ti膜形成的过渡层、TiN膜形成的中间层和Ti-Ag-N层。其制备方法采用电弧离子镀技术完成，该方法制备的纳米复合涂层除具有较高的硬度外，还具有涂层韧性高、膜基结合强、摩擦系数小等优点。申请号为201610310464.1的中国专利公开了一种Zr-B-N纳米复合涂层的制备工艺，其采用高功率脉冲和脉冲直流复合磁控溅射技术在金属或合金基体上沉积Zr-B-N涂层，所述涂层具有较高的韧性和强度，良好的耐磨性能，且组织结构致密、涂层与基体间的结合力强；申请号为201710155500.6的中国专利公开了一种纳米复合涂层及其制备技术，其采用电弧离子镀技术在金属或硬质合金基体上制备AlCrN纳米复合涂层，所述AlCrN纳米复合涂层具有很高的硬度和强度，良好的耐高温氧化性能和耐蚀性能；申请号为201320139896.2的中国专利涉及一种TiCuN纳米复合涂层，要解决的技术问题是nc-TiN/a-Si₃N₄纳米复合涂层的高摩擦系数导致切削过程中产生大量热量，涂层刀具前刀面依然产生积屑瘤。为了解决上述技术问题其在基体表面依次是由TiCu膜形成的过渡层和TiCuN层。其制备方法采用电弧离子镀技术完成，该方法制备的纳米复合涂层除具有较高的硬度外，还具有涂层韧性高、膜基结合强、摩擦系数小等优点；申请号为201410341995.8的中国专利公开了一种具有超高硬度、低摩擦系数的TiSiCN纳米复合涂层及制备方法，所述具有超高硬度、低摩擦系数的TiSiCN纳米复合涂层是采用多靶磁控溅射仪，由TiSiC复合靶材在依次经抛光、超声波清洗、离子清洗后的基体上进行磁控溅射反应沉积而形成的，所述复合靶材可用在干式、高速切削加工刀具以及在摩擦磨损条件服役的部件表面，从而提高刀具及部件表面性能和使用寿命，其制备方法具有工艺简单、沉积速度快、成本低和结合强度高等优点；申请号为201710505960.7的中国专利公开了一种NbN和NbB₂的复合涂层，他是利用多靶磁控溅射技术，首先研究在N₂环境下各工艺参数对NbN、NbB₂单层膜性能的影响，找到制硬的主要因素为基底偏压和退火温度对薄膜涂层的影响。然后对NbN和NbB₂的复合涂层结构进行实验设计并实验。其制备得到的Nb-B-N纳米复合涂层具有较高硬度、高膜基结合力，良好耐摩擦性能和热稳定性的优良机械特性。NbN和NbB₂的复合涂层在切削工具、机械零部件等领域将有重要的应用前景。