專利名稱：一種TiAlN涂層硬質(zhì)合金刀片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種涂層硬質(zhì)合金刀片的制備方法，特別是在超細(xì)WC-C0硬質(zhì)合金基體上的 TiAlN涂層刀片的制備，屬于表面涂層技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
表面涂層技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用對刀具性能的改善和切削加工技術(shù)的進(jìn)步起到了十分關(guān)鍵的作用，涂層刀具已成為現(xiàn)代刀具的重要標(biāo)志。刀具涂層處理是在刀體上涂覆一層或多層耐磨性好的難熔化合物，使刀具性能大大提高，達(dá)到提高加工效率、提高加工精度、 延長刀具使用壽命、降低加工成本的目的。西方工業(yè)發(fā)達(dá)國家使用的涂層刀片占可轉(zhuǎn)位刀片的比例已由1978年的增加到60%以上，新型數(shù)控機(jī)床所用切削刀具中有80%左石使用涂層刀具。涂層刀具已成為現(xiàn)代刀具的重要標(biāo)志，并將是今后數(shù)控加工領(lǐng)域中重要的刀具品種之常用的刀具涂層材料主要有TiC、TiN、Al203、TiCN、TiAlN、CBN等。自1985年Knotek 等首次發(fā)表了關(guān)于TiAlN涂層的研究成果后，人們便對其優(yōu)異的抗高溫氧化能力和良好的使用性能表示了極大的關(guān)注，已經(jīng)用多種PVD方法成功自備了 TiAlN膜。經(jīng)過性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，TiAlN涂層具有高的硬度和氧化溫度，隨著涂層的多層化和納米化，TiAlN涂層的性能在逐步提高。TiAlN作為一種新型涂層材料，具有硬度高、氧化溫度高、熱硬性好、 附著力強(qiáng)、摩擦系數(shù)小、導(dǎo)熱率低等優(yōu)良特性，尤其用于高速切削時(shí)性能優(yōu)異是目前國際工具行業(yè)最為推崇的超硬涂層。在日本和我國臺區(qū)，TiAlN涂層刀具的應(yīng)用已相當(dāng)廣泛。物理氣相沉積(PVD)涂層刀具的出現(xiàn)，使刀具切削性能有了重大突破。PVD方法制備的TiAlN涂層適合用于高合金鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金等難加工材料的切削加工，因此國內(nèi)外對高速鋼和常規(guī)顆粒度硬質(zhì)合金刀具上涂覆的TiAlN涂層進(jìn)行了大量的研究本發(fā)明以TiAlN涂層刀具采用超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金基體，表面采用特殊的低溫物理氣相沉積(PVD)法涂覆高硬度的TiAlN單層涂層。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要在超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金基體上，采用低溫物理氣相沉積(PVD)法涂覆高硬度的TiAlN單層涂層，制備出高性能的TiAlN涂層刀片。本方法制備出TiAlN涂層表面生成高強(qiáng)度的氧化物(剛玉)，涂層中的Ti含量控制在30-37%，Al含量控制在10% 13%之間，以保證刃口的鋒利性。本發(fā)明選用Ti和Al原子比為60 40的熱等靜壓鈦鋁合金靶作為濺射靶材，純 Ti靶作為多弧靶材，氣體采用工業(yè)高純氬氣及氮?dú)?。具體步驟(1)所有試樣按照嚴(yán)格的工業(yè)清洗標(biāo)準(zhǔn)清洗；(2)將試樣放入爐中，抽真空；(3)采用電子槍等離子增強(qiáng)的多弧技術(shù)，由Ar離子和Ti離子共同對試樣進(jìn)行清洗打底；
(4)逐漸降低偏壓，并通入氮?dú)?，沉積一定厚度的Ti/TiN復(fù)合過渡層(由純Ti逐漸過渡到TiN)；(5)采用電子槍等離子輔助增強(qiáng)的非平衡磁控濺射技術(shù)沉積TiAlN涂層。本發(fā)明的超細(xì)硬質(zhì)合金的制備方法過程，進(jìn)一步闡述(1)采用超細(xì)WC-xCo硬質(zhì)合金刀片作為TiAlN涂層基體(其中χ為6 10% )， 所有試樣按照嚴(yán)格的工業(yè)清洗標(biāo)準(zhǔn)清洗；(2)將試樣放入爐中，抽真空至5. OXlO"3 9. OX 10_3Pa ；(3)采用電子槍等離子增強(qiáng)的多弧技術(shù)，由Ar離子和Ti離子共同對試樣進(jìn)行清洗打底；(4)逐漸降低偏壓(-600V -200V)，并通入氮?dú)猓练e一定厚度的Ti/TiN復(fù)合過渡層(由純Ti逐漸過渡到TiN)；(5) TiAlN涂層的沉積采用電子槍等離子輔助增強(qiáng)的非平衡磁控濺射技術(shù)，電子槍電流115 145A，磁控靶電流15 20A。涂層沉積時(shí)真空度0. 10 0. 45Pa,氮?dú)饬髁?40 80cm3/min，沉積偏壓_50V -80V，沉積時(shí)間15 50min。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于基體成本低，具有高強(qiáng)度和硬度；結(jié)合先進(jìn)的TiAlN涂層后具有優(yōu)異的切削性能。
具體實(shí)施例方式實(shí)例1 采用超細(xì)WC-SCo硬質(zhì)合金刀片作為涂覆基體，經(jīng)清洗后放入爐中，抽真空至8. OX 103Pa。采用電子槍等離子增強(qiáng)的多弧技術(shù)，由Ar離子和Ti離子共同對試樣進(jìn)行清洗打底。降低偏壓至-400V，通入氮?dú)?。采用電子槍等離子輔助增強(qiáng)的非平衡磁控濺射技術(shù)進(jìn)行TiAlN涂層的沉積，電子槍電流130A，磁控靶電流17A。涂層沉積時(shí)真空度0. 23Pa, 氮?dú)饬髁?0cm7min，沉積偏壓_50V -80V，沉積時(shí)間30min。實(shí)例2 采用超細(xì)WC-SCo硬質(zhì)合金刀片作為涂覆基體，經(jīng)清洗后放入爐中，抽真空至8. OX 103Pa。采用電子槍等離子增強(qiáng)的多弧技術(shù)，由Ar離子和Ti離子共同對試樣進(jìn)行清洗打底。降低偏壓至-400V，通入氮?dú)?。采用電子槍等離子輔助增強(qiáng)的非平衡磁控濺射技術(shù)進(jìn)行TiAlN涂層的沉積，電子槍電流130A，磁控靶電流17A。涂層沉積時(shí)真空度0. 23Pa, 氮?dú)饬髁?0cm7min，沉積偏壓_50V -80V，沉積時(shí)間40min。實(shí)例3 采用超細(xì)WC-13C0硬質(zhì)合金刀片作為涂覆基體，經(jīng)清洗后放入爐中，抽真空至8. 0 X 10_3Pa。采用電子槍等離子增強(qiáng)的多弧技術(shù)，由Ar離子和Ti離子共同對試樣進(jìn)行清洗打底。降低偏壓至-400V，通入氮?dú)?。采用電子槍等離子輔助增強(qiáng)的非平衡磁控濺射技術(shù)進(jìn)行TiAlN涂層的沉積，電子槍電流130A，磁控靶電流17A。涂層沉積時(shí)真空度0. 23Pa, 氮?dú)饬髁?0cm7min，沉積偏壓_50V -80V，沉積時(shí)間30min。
權(quán)利要求
1.一種TiAlN涂層硬質(zhì)合金刀片的制備方法，其特征在于依次包含以下主要步驟(1)TiAlN涂層基體清洗；(2)采用電子槍等離子增強(qiáng)的多弧技術(shù)，由Ar離子和Ti離子共同對試樣進(jìn)行清洗打底；(3)逐漸降低偏壓到-600V -200V，并通入氮?dú)猓练e一定厚度的Ti/TiN復(fù)合過渡層 (由純Ti逐漸過渡到TiN)；(4)采用電子槍等離子輔助增強(qiáng)的非平衡磁控濺射技術(shù)沉積TIAlN涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種TiAlN涂層硬質(zhì)合金刀片的制備方法，其進(jìn)一步特征在于(I)TiAlN涂層基體為超細(xì)WC-xCo硬質(zhì)合金刀片，其中χ為6 10% ； O) TiAlN涂層的沉積采用電子槍等離子輔助增強(qiáng)的非平衡磁控濺射技術(shù)，電子槍電流 115 145A，磁控靶電流15 20A。涂層沉積時(shí)真空度0. 10 0. 45Pa，氮?dú)饬髁?0 80cm3/min，沉積偏壓_50V -80V，沉積時(shí)間15 50min。
全文摘要
本發(fā)明公開一種TiAlN涂層硬質(zhì)合金刀片的制備方法，其特征在于以超細(xì)WC-Co硬質(zhì)合金刀片作為涂覆TiAlN涂層的基體，采用低溫物理氣相沉積(PVD)法涂覆高硬度的TiAlN單層涂層，制備出高性能的TiAlN涂層刀片。本方法制備出TiAlN涂層表面生成高強(qiáng)度的氧化物(剛玉)，涂層中的Ti含量控制在30-40％左右，Al含量控制在10％～13％之間，以保證刃口的鋒利性。該方法充分發(fā)揮了TiAlN涂層硬度高、氧化溫度高、熱硬性好、附著力強(qiáng)、摩擦系數(shù)小、導(dǎo)熱率低等優(yōu)良特性，適合用于高合金鋼、不銹鋼、鈦合金、鎳合金等難加工材料的切削加工。
文檔編號C23C14/06GK102321873SQ201110310618
公開日2012年1月18日 申請日期2011年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月14日
發(fā)明者羅建軍 申請人:成都名鎢科技有限責(zé)任公司