[发明专利]AlC/AlCN叠层涂层刀具及其制备工艺

摘要

本发明属于机械制造切削刀具领域，特别是涉及一种AlC/AlCN叠层涂层刀具及其制备工艺。采用非平衡磁控溅射+电弧镀的复合镀膜方法制备AlC/AlCN叠层涂层刀具，刀具基体表面为AlCN涂层，AlCN涂层与刀具基体之间有Ti过渡层，AlCN涂层与Ti过渡层之间为AlC涂层与AlCN涂层交替的复合叠层涂层结构。本发明制备工艺沉积温度控制在300℃以下，可在更为广泛的刀具基体上制备。本发明所制得的AlC/AlCN叠层涂层刀具综合了AlC涂层和AlCN涂层的优点，具有更优异的化学稳定性和抗高温氧化能力，可显著改善涂层刀具的摩擦磨损性能，提高刀具的切削寿命和加工效率，同时该叠层复合结构的层间界面可阻止涂层柱状晶的生长，阻碍裂纹和缺陷的扩展，提高涂层的硬度、韧性和耐冲击性。

主权项

1.一种AlC/AlCN叠层涂层刀具的制备工艺，其特征在于：刀具基体的材料为高速钢、工具钢、模具钢、硬质合金、陶瓷中的一种，刀具最外层为AlCN涂层，AlCN涂层与刀具基体之间有Ti过渡层，AlCN涂层与Ti过渡层之间为AlC涂层与AlCN涂层交替的复合叠层结构；沉积方式为采用非平衡磁控溅射+电弧镀的复合镀膜方法，首先在刀具基体上采用电弧镀沉积Ti过渡层，沉积时采用2个电弧Ti靶，然后采用非平衡磁控溅射交替沉积AlC涂层与AlCN涂层的复合叠层，沉积时使用2个复合AlC非平衡磁控溅射靶，最外层为AlCN涂层；其中，AlC非平衡磁控溅射靶中包含重量分数为75%‑85%的Al和15%‑25%的C；所述制备工艺具体包括以下步骤：(1)前处理：将刀具基体表面抛光，去除表面油污、锈迹等杂质，然后依次放入酒精和丙酮中，超声清洗各40 min，去除刀具表面油污和其它附着物，电吹风干燥充分后迅速放入镀膜机，抽真空至6.0×10^‑3 Pa，加热至300 ℃，保温35~40 min；(2)离子清洗：通Ar气，其压力为1.6 Pa，开启偏压电源，电压800 V，占空比0.4，辉光放电清洗15 min；降低偏压至600 V，开启离子源离子清洗10 min，开启电弧Ti靶电源，Ti靶电流50 A，偏压300 V，离子轰击1~2 min；(3)沉积Ti过渡层：Ar气压0.5~0.6 Pa，偏压降至200 V，Ti靶电流70 A，沉积温度250 ℃，电弧镀Ti过渡层5~7 min；(4)沉积AlC层：Ar气压0.5~0.6 Pa，偏压调至250 V，关闭电弧Ti靶电源，开启磁控溅射AlC靶电流30 A，沉积AlC层4~5 min；(5)沉积AlCN层：开启N₂，N₂气压为1.2 Pa，Ar气压0.5 Pa，偏压200 V，AlC靶电流35 A，沉积温度280 ℃，复合沉积AlCN层4~5 min；(6)沉积AlC层：关闭N₂，重复(4)；(7)沉积AlCN层：开启N₂，重复(5)；(8)重复(6)、(7)、(6)…交替沉积AlC层、AlCN层、AlC层…AlCN层共100min；(9)后处理：关闭各电源、离子源及气体源，涂层结束。