[发明专利]SiNbC/SiNbCN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金属切削刀具领域，特别是涉及一种SiNbC/SiNbCN叠层复合涂层刀具及其制备工艺，在刀具基体上从内到外依次为：Ti过渡层、SiNbC涂层与SiNbCN涂层交替的复合叠层结构，最外层为SiNbCN涂层。本发明采用非平衡磁控溅射+电弧离子镀的复合镀膜方法，直接采用非平衡磁控溅射SiNbC复合靶作碳源，且沉积温度控制在300℃以下，可在更为广泛的刀具或工具基体上制备；本发明所制备的SiNbC/SiNbCN叠层复合涂层刀具综合了SiNbC碳化物涂层、SiNbCN碳氮化合物涂层及叠层结构的优点，较传统的碳氮化合物涂层刀具具有更优良的物理机械性能，可广泛应用于钢、铁素体、马氏体不锈钢、铸铁、钛合金等绝大多数工件材料的精加工和半精加工。

主权项

1.一种SiNbC/SiNbCN叠层复合涂层刀具的制备工艺，其特征在于：刀具基体材料为高速钢、工具钢、模具钢、硬质合金、陶瓷、金刚石或立方氮化硼，在刀具基体上从内到外依次为：Ti过渡层、SiNbC涂层与SiNbCN涂层交替的复合叠层结构，最外层为SiNbCN涂层；沉积方式为采用非平衡磁控溅射+电弧离子镀复合镀膜方法，沉积时使用2个非平衡磁控溅射SiNbC复合靶，2个电弧离子镀Ti靶：首先采用电弧离子镀沉积Ti过渡层，然后采用非平衡磁控溅射方法交替沉积SiNbC涂层与SiNbCN涂层，最外层为SiNbCN涂层；其中：非平衡磁控溅射SiNbC复合靶中包含重量分数为40‑70wt％的Si、20‑40wt％的Nb和10‑20wt％的C；其制备工艺为：(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40min，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8.0×10^‑3Pa，加热至280℃，保温40min；(2)离子清洗：通Ar气，其压力为1.1Pa，开启偏压电源，电压600V，占空比0.2，辉光放电清洗50min；降低偏压至400V，占空比0.2，开启离子源离子清洗45min，开启电弧离子镀Ti靶电源，Ti靶电流65A，偏压250V，占空比0.2，离子轰击1～2min；(3)沉积Ti过渡层：Ar气压0.8～0.9Pa，偏压降至170V，电弧离子镀Ti靶电流90A，沉积温度260℃，沉积Ti过渡层5～6min；(4)沉积SiNbC层：关闭电弧离子镀Ti靶电源，Ar气压0.8～0.9Pa，偏压调至150V，沉积温度210℃，开启非平衡磁控溅射SiNbC复合靶电流25A，沉积SiNbC层1～2min；(5)沉积SiNbCN层：开启N₂，N₂气压为1.4Pa，Ar气压0.7～0.8Pa，偏压150V，SiNbC靶电流30A，沉积温度210℃，复合沉积SiNbCN层1～2min；(6)沉积SiNbC层：关闭N₂，重复(4)，沉积SiNbC层1～2min；(7)重复(5)、(6)、(5)……(6)、(5)：交替沉积SiNbC层、SiNbCN层、SiNbC层···SiNbC层、表层的SiNbCN层，共沉积75min；(8)后处理：关闭各靶电源、离子源及气体源，涂层结束。