[发明专利]一种高熵合金氮化物刀具涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高熵合金氮化物刀具涂层及其制备方法，对刀具基体依次进行除油处理和清洗；以AlTiVNbCr高熵合金靶和B靶为溅射源、氩气和氮气的混合气体为工作气体，采用射频磁控溅射和直流磁控溅射相结合的方式，在清洗后的刀具基体上沉积出(AlTiVNbCr)BN高熵合金氮化物涂层；本发明利用双靶共溅射的方式制备含B高熵合金氮化物刀具涂层，可精确控制B元素含量，避免了制备含B高熵合金靶材时B元素的大量挥发，工艺简单，成本低；以射频磁控溅射和直流磁控溅射相结合的方式所制备的涂层硬度高，晶粒尺寸小，结构致密，成分均匀；而且通过调整功率可以调节涂层厚度，从而提升超硬高熵合金氮化物涂层的硬度和耐磨性，扩大应用范围。

技术领域

本发明属于金属涂层技术领域，具体涉及一种高熵合金氮化物刀具涂层及其制备方法。

背景技术

切削刀具是机械制造中用于切削加工的工具，绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以，刀具一般理解为金属切削刀具。

随着科技进步，切削的金属材料硬度越来越大，进而，在传统刀具的表面增加了金属氮化物涂层，金属氮化物涂层具有硬度大、耐磨性能强、化学稳定性好等特点。

但随着科技的进一步发展，传统刀具涂层已无法满足工业需求，对刀具涂层的硬度和耐磨性等方面提出了更高要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高熵合金氮化物刀具涂层及其制备方法，以提升刀具的硬度和耐磨性。

本发明采用以下技术方案：一种高熵合金氮化物刀具涂层的制备方法，包括以下步骤：

对刀具基体依次进行除油处理和清洗；

以AlTiVNbCr高熵合金靶和B靶为溅射源、氩气和氮气的混合气体为工作气体，采用射频磁控溅射和直流磁控溅射相结合的方式，在清洗后的刀具基体上沉积出(AlTiVNbCr)BN高熵合金氮化物涂层；

其中，沉积过程中，刀具基体温度为350～450℃，刀具基体偏压为150～250V，工件架转速为5r/min，靶基距为65mm，氩气流量为6～7sccm，氮气流量为1～2sccm，AlTiVNbCr高熵合金靶连接射频电源，AlTiVNbCr高熵合金靶功率为200W，B靶连接直流电源，B靶功率为13～75W，沉积时间为120min。

进一步地，清洗包括：

采用无水乙醇对除油处理后的刀具基体进行超声清洗；

将无水乙醇清洗后的刀具基体吹干；

对吹干后的刀具基体进行辉光清洗。

进一步地，辉光清洗条件为：

真空度小于2.0×10^-3Pa，工作气压为0.74Pa，氩气流量60sccm，刀具基体偏压为-400V，清洗时间为20min。

进一步地，AlTiVNbCr高熵合金靶和B靶均采用热等静压的方式制得。

进一步地，(AlTiVNbCr)BN高熵合金氮化物涂层的厚度为0.69～0.85μm，膜基结合力为53.50～86.05N，硬度为44.88～60.26GPa，摩擦系数为0.62～0.73。

进一步地，在刀具基体上制备(AlTiVNbCr)BN高熵合金氮化物涂层时，同步在硅片上制备(AlTiVNbCr)BN高熵合金氮化物涂层，硅片上的(AlTiVNbCr)BN高熵合金氮化物涂层用于检验涂层性质。

进一步地，采用无水乙醇对除油处理后的刀具基体进行超声清洗包括：

将刀具基体放入无水乙醇中常温超声清洗3次，每次清洗15min。