[发明专利]一种超高硬质刀具涂层及其制备方法

说明书

本申请涉及硬质涂层领域，具体公开了一种超高硬质刀具涂层及其制备方法。超高硬质刀具涂层包括CrN层和AlCrN层，所述CrN层的一侧包覆在经溅射清洗后刀具基体表面，另一层沉积包覆有所述AlCrN层。其制备方法为：S1、将经溅射清洗后的刀具置于转架上，以Cr为靶材，沉积处理CrN层；S2、待CrN层沉积完成后，再以AlCr为靶材沉积处理AlCrN层，即可制备得超高硬质刀具涂层。另外，本申请制备的硬质刀具涂层通过在沉积包覆之前对刀具基体表面进行溅射清洗处理，增加基体比表面积并降低粗糙度，从而改善了涂层与基体之间的结合强度，从而进一步改善了涂层材料的切削性能，提高了纳米刀具涂层硬度和强度。

技术领域

本申请涉及硬质涂层领域，更具体地说，它涉及一种超高硬质刀具涂层及其制备方法。

背景技术

涂层刀具在现代切削刀具中应用的非常广泛，其使用比例已超过50%。盘铣刀、锉刀、剃齿刀、外表面拉刀等切削加工中使用的各种刀具都可采用涂层工艺来提高它们的使用性能。在机械加工过程中，可分为涂层刀具、陶瓷刀具、超硬材料刀具三类。目前涂层刀具和陶瓷刀具使用最多，在超硬材料刀片上沉积涂层可减少刀片的崩刃及破损，扩大应用范围，提高刀片表面的断裂韧度。

二元系CrN涂层具有较好的物理性能和力学性能，但是涂层在应用过程中容易失效，主要由于抗磨粒磨损的不足以及硬度偏低。抗腐蚀、抗磨粒磨损、硬度得不到相应的要求，因此制备多元涂层是有效的解决途径。将Al加入到CrN中，制备AlCrN复合涂层，AlCrN复合涂层纳米硬度高达3500HV，使得基体抗磨粒磨损性能大大提高。在高温氧化条件下，膜层表面Al₂O₃的富集能够抑制晶粒长大与元素扩散，对基体和膜层起到很好的保护作用。

针对上述中的相关技术，申请人认为现有的刀具涂层强度虽然能满足一定程度的需求，但是在面对难加工材料切削加工时切削力大、切削温度高和加工硬化严重等难题，严重影响了刀具拥有足够寿命。

发明内容

为了克服现有纳米刀具涂层硬度不佳，强度不足的缺陷，本申请提供了一种超高硬质刀具涂层及其制备方法，采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提供一种超高硬质刀具涂层，所述超高硬质刀具涂层包括CrN层和AlCrN层，所述CrN层的一侧包覆在经溅射清洗后刀具基体表面，另一层沉积包覆有所述AlCrN层。

通过采用上述技术方案，由于本申请通过在沉积包覆之前对刀具基体表面进行溅射清洗处理，由于溅射清洗能携带一定能量的粒子轰击刀具基体表面，使刀具基体表面附近的原子获得较高能量，最终脱离基片、溢出固体表面，经溅射清洗后的刀具增加了表面的自由能和浸润性，同时溅射清洗能有效清除基体表面颗粒状污染物，降低比表面积和粗糙度，从而改善了涂层与基体之间的结合强度，从而进一步改善了涂层材料的切削性能，提高了纳米刀具涂层硬度和强度。

进一步地，所述溅射清洗包括以下操作步骤：取刀具并洗净后，自然干燥并置于溅射清洗中，通保护气体Ar后，控制离子源为Ar离子，屏极电压为700eV，束流为60～80mA，轰击15min，即可完成溅射清洗步骤。

通过采用上述技术方案，由于本申请优化了溅射清洗的操作步骤，通过氩气清洗过程中，高速状态下的活性粒子会持续对刀具表面进行充分的刻蚀和处理，从而改善了刀具表面的表面能和润湿性能，通过高速粒子对刀具表面的杂质进行有效轰击溅射，对刀具表面有清洁和刻蚀作用，进一步改善了材料的润湿性和粘附性能，从而进一步改善了涂层材料的切削性能，提高了纳米刀具涂层硬度和强度。

第二方面，本申请还供一种超高硬质刀具涂层的制备方法，所述硬质刀具涂层的制备步骤包括：S1、将经溅射清洗后的刀具置于转架上，以Cr为靶材，沉积处理CrN层； S2、待CrN层沉积完成后，再以AlCr为靶材沉积处理AlCrN层，即可制备得超高硬质刀具涂层。