[发明专利]ZrAlC/ZrAlCN叠层复合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ZrAlC/ZrAlCN叠层复合涂层刀具及其制备工艺。本发明采用中频磁控溅射+电弧镀的复合镀膜方法制备的ZrAlC/ZrAlCN叠层涂层刀具。刀具最外层ZrAlCN涂层，刀具基体与涂层间有Ti过渡层，ZrAlCN涂层与Ti过渡层之间是ZrAlC涂层与ZrAlCN涂层交替的复合叠层结构。本发明涂层沉积时沉积温度控制在300℃以下，可在更为广泛的刀具基体上制备。所制备ZrAlC/ZrAlCN叠层复合涂层刀具综合了四元碳氮化合物涂层、三元碳化物涂层及叠层结构的优点，具有高硬度、耐磨性和良好的减摩润滑性能，提高了涂层刀具的综合使用性能，可广泛应用于冷硬铸铁、球墨铸铁、有色金属及合金的粗精加工，以及高锰钢、淬火钢及合金钢等的半精加工与精加工。

主权项

1.一种ZrAlC/ZrAlCN叠层复合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、金刚石或立方氮化硼中的一种，刀具基体最外层为ZrAlCN涂层，刀具基体与ZrAlCN涂层之间有Ti过渡层，ZrAlCN涂层与Ti过渡层之间是ZrAlC涂层与ZrAlCN涂层交替的复合叠层结构；沉积方式为采用中频磁控溅射+电弧镀的复合镀膜方法，沉积时使用2个复合ZrAlC中频磁控溅射靶，2个电弧Ti靶：首先采用电弧镀沉积Ti过渡层，然后采用中频磁控溅射方法交替沉积ZrAlC涂层与ZrAlCN涂层，最外层为ZrAlCN涂层；其中，ZrAlC中频磁控溅射靶中包含重量分数为40％‑60％的Zr、20％‑40％的Al和10％‑20％的C；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、锈迹杂质，然后依次放入酒精和丙酮中，超声清洗各20min，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5.0×10^‑3Pa，加热至280℃，保温25～30min；(2)离子清洗：通Ar气，其压力为1.5Pa，开启偏压电源，电压600V，占空比0.3，辉光放电清洗20min；降低偏压至400V，开启离子源离子清洗15min，开启电弧Ti靶电源，Ti靶电流60A，偏压300V，离子轰击1～2min；(3)沉积Ti过渡层：Ar气压0.6～0.7Pa，偏压降至250V，Ti靶电流60A，沉积温度220℃，电弧镀Ti过渡层4～5min；(4)沉积ZrAlC层：Ar气压0.5～0.6Pa，偏压调至200V，关闭电弧Ti靶电源，开启磁控溅射ZrAlC靶电流35A，沉积ZrAlC层3～4min；(5)沉积ZrAlCN层：开启N₂，N₂气压为1.5Pa，Ar气压0.5Pa，偏压220V，ZrAlC靶电流40A，沉积温度250℃，复合沉积ZrAlCN层3～4min；(6)沉积ZrAlC层：关闭N₂，重复(4)；(7)沉积ZrAlCN层：开启N₂，重复(5)；(8)重复(4)、(5)、(4)…：交替沉积ZrAlC层、ZrAlCN层、ZrAlC层…ZrAlCN层共90min；(9)后处理：关闭各电源、离子源及气体源，涂层结束。