[发明专利]一种耐高温氧化、自润滑的多层涂层刀具及其制备方法

说明书

本发明提供一种耐高温氧化、自润滑的多层涂层刀具及其制备方法，包括基体和采用化学气相沉积(CVD)方法沉积在基体表面的多层涂层，所述多层涂层包括第一子涂层Tisubgt;a/subgt;Alsubgt;b/subgt;Sisubgt;c/subgt;N(a+b+c＝1，0a≤0.15，0.65≤b≤0.80，0.05≤c≤0.20)和第二子涂层Tisubgt;h/subgt;Alsubgt;i/subgt;Sisubgt;j/subgt;Osubgt;k/subgt;Nsubgt;1‑k/subgt;(h+i+j＝1，0h≤0.20，0.50≤i≤0.70，0.05≤j≤0.20，0.20≤k≤0.80)，以及设置在所述第一子涂层和所述第二子涂层之间的、氧含量由低到高梯度变化的梯度层Ti‑Al‑Si‑O‑N，且所述梯度层中最高氧含量不高于所述第二子涂层的氧含量。本发明的目的在于提供一种具有耐高温氧化性能，能自润滑的、高硬度和高结合强度的涂层刀具及其制备方法。

技术领域

本发明属于刀具制备领域，尤其涉及一种耐高温氧化、自润滑的多层涂层刀具及其制备方法。

背景技术

现代切削加工要求高效环保，少用或不用冷却液，高速干式切削需求日益增加。高速干式切削时刀具局部温度可达1000℃以上，因此要求刀具具有良好的抗高温氧化性能。镍基高温合金、耐热不锈钢等材料强度高，切削加工时材料易发生加工硬化，刀具表面易产生积屑瘤，刀具粘结磨损严重。在切削刀具表面涂层可有效延长刀具使用寿命，为解决这些加工问题，要求刀具涂层具有高的自润滑性、耐磨性和抗高温氧化性。

在物理气相沉积(PVD)TiAlN涂层的基础上掺入Si元素，形成TiAlSiN涂层，可显著提升TiAlN涂层的抗氧化性和耐磨性，已成功应用于不锈钢、合金钢等材料的切削加工。在PVD TiAlSiN基础上掺入O元素，形成TiAlSiON涂层，可进一步提升TiAlSiN涂层的抗氧化性和自润滑性，但涂层的硬度通常会下降，从而降低涂层的耐磨性。因此，PVD方法制备TiAlSiN和TiAlSiON多层涂层，可发挥TiAlSiN涂层的耐磨性和TiAlSiON涂层的抗氧化性、自润滑性的协同作用，多层涂层具有比单层涂层更好的综合性能。

现有的PVD TiAlSiN和TiAlSiON涂层当Al含量较高(如Al67at.％，Ti+Al+Si＝100at.％)时，涂层中容易出现hcp-AlN相，从而降低涂层的硬度。此外，PVD TiAlSiN和TiAlSiON涂层厚度较大时(如6.0μm)，涂层的内应力较大，容易造成涂层剥落，涂层结合强度较低。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有耐高温氧化性能，能自润滑的、高硬度和高结合强度的涂层刀具及其制备方法。

本申请方案提供一种耐高温氧化、自润滑的多层涂层刀具，包括：基体和采用化学气相沉积(CVD)方法沉积在基体表面的多层涂层，所述多层涂层包括第一子涂层Ti_aAl_bSi_cN(a+b+c＝1，0a≤0.15，0.65≤b≤0.80，0.05≤c≤0.20)和第二子涂层Ti_hAl_iSi_jO_kN_1-k(h+i+j＝1，0h≤0.20，0.50≤i≤0.70，0.05≤j≤0.20，0.20≤k≤0.80)，以及设置在所述第一子涂层和所述第二子涂层之间的、氧含量由低到高梯度变化的梯度层Ti-Al-Si-O-N，且所述梯度层中最高氧含量不高于所述第二子涂层的氧含量。