一種立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，改性立方氮化硼基體及立方氮化硼涂層刀具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，改性立方氮化硼基體及立方氮化硼涂層刀具，該表面粗糙化處理方法包括：1)采用物理氣相沉積法在立方氮化硼基體表面形成島狀不連續(xù)的玻璃相層，得涂層基體；所述玻璃相層含有對立方氮化硼基體具有刻蝕性的玻璃相成分；2)將所得涂層基體在保護氣氛或弱氧化氣氛下進(jìn)行退火，即得表面粗糙化的改性立方氮化硼基體；所述弱氧化氣氛為保護氣體與氧化性氣體的混合物。本發(fā)明的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，通過玻璃相的蝕刻作用，在基體表面形成微納米絨毛表面，使基體表面粗糙化，從而增加刀具基體和硬質(zhì)涂層的結(jié)合面積，提高硬質(zhì)涂層與刀具基體的結(jié)合力，提高刀具的整體使用性能。
【專利說明】
一種立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，改性立方氮化硼 基體及立方氮化硼涂層刀具
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于立方氮化硼復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種立方氮化硼基體表面粗 糙化處理方法，同時還涉及一種采用所述表面粗糙化處理方法處理所得的改性立方氮化硼 基體，及采用該改性立方氮化硼基體的立方氮化硼涂層刀具。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)代機械加工朝著高精度、高速、干式切削、環(huán)保及低成本的方向發(fā)展，立方氮化 硼涂層刀具具有高硬度、低磨損、低摩擦等優(yōu)良的性能，可大大提高金屬切削刀具的使用壽 命，因此，立方氮化硼涂層刀具越來越多的應(yīng)用于高要求的機械加工領(lǐng)域。
[0003] 立方氮化硼涂層刀具是以立方氮化硼(一般為聚晶立方氮化硼)為基體，在其表面 形成硬質(zhì)合金涂層;涂層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀具表面的斷裂韌度，減 少刀具的崩刃及破損，延長刀具的使用壽命，擴大其應(yīng)用范圍。如現(xiàn)有技術(shù)中CN102328473A 在其【背景技術(shù)】中公開了通常在立方氮化硼刀具的表面沉積涂層，由此可有效提高可靠性， 現(xiàn)有的立方氮化硼刀具可選的涂層為!1((：小)、1^(1141州^12〇3等。
[0004] 立方氮化硼涂層刀具常用的涂層工藝為氣相沉積法，包括化學(xué)氣相沉積(CVD)和 物理氣相沉積(PVD)。其中，物理氣相沉積是目前較為通用的沉積方法，是通過蒸發(fā)、電離或 濺射等過程，產(chǎn)生金屬粒子并與反應(yīng)氣體反應(yīng)形成化合物沉積在工件表面。物理氣相沉積 具有沉積溫度低、沉積速度快、涂層內(nèi)部應(yīng)力小、綠色環(huán)保、成本低的優(yōu)點，因而得到廣泛的 應(yīng)用。
[0005] 目前，立方氮化硼涂層刀具采用物理氣相沉積的方法在立方氮化硼基體上沉積鈦 基硬質(zhì)合金涂層，存在的主要問題是涂層和刀具基體之間的結(jié)合力不強，導(dǎo)致涂層材料脫 落，導(dǎo)致切削時刀具整體性能差。一般認(rèn)為，物理氣相沉積工藝的成膜先驅(qū)物到達(dá)刀具基體 時能量較低，不能尋找到最適合位置，是其結(jié)合力有限的主要原因。為了提高氮化鈦、氮鋁 鈦等鈦基硬質(zhì)涂層和刀具的結(jié)合力，如圖1所示，往往在沉積氮化鈦硬質(zhì)涂層或氮鋁鈦硬質(zhì) 涂層3之前，先在刀具基體1表面形成一層純鈦結(jié)合層2。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中，CN101462386B也公開了一種涂層切削刀具，包括具有涂層的立方氮 化硼構(gòu)成的基體，該涂層包括置于至少兩個非金屬功能層或者層系統(tǒng)之間的金屬中間層， 所述金屬中間層包括至少60at%的金屬元素，所述金屬元素從Ti及其他金屬中的一種或者 多種中選擇，并且其中所述至少兩個非金屬功能層或者層系統(tǒng)是氮化物、氧化物、硼化物、 碳化物或者它們的組合中的一種或者多種。其中，所述非金屬功能層或者層系統(tǒng)的可以組 分是以1，11州，1^11(8，~)，1182等中的一種或多種。
[0007] 上述現(xiàn)有技術(shù)都引入了鈦結(jié)合層，但是由于該鈦結(jié)合層同樣采用物理氣相沉積工 藝制備，采用其作為結(jié)合層時，硬質(zhì)涂層和刀具基體的結(jié)合力仍然有限，還不能很好的滿足 使用的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的是提供一種立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，在基體表面形成 微納米絨毛表面，使基體表面粗糙化，從而提高基體與硬質(zhì)涂層的結(jié)合力。
[0009] 本發(fā)明的第二個目的是提供一種采用所述表面粗糙化處理方法處理所得的改性 立方氮化硼基體。
[0010] 本發(fā)明的第三個目的是提供一種采用該改性立方氮化硼基體的立方氮化硼涂層 刀具。
[0011] 為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：
[0012] 一種立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，包括下列步驟：
[0013] 1)采用物理氣相沉積法在立方氮化硼基體表面形成島狀不連續(xù)的玻璃相層，得涂 層基體;所述玻璃相層含有對立方氮化硼基體具有刻蝕性的玻璃相成分；
[0014] 2)將步驟1)所得涂層基體在保護氣氛或弱氧化氣氛下進(jìn)行退火，即得表面粗糙化 的改性立方氮化硼基體;所述弱氧化氣氛為保護氣體與氧化性氣體的混合物。
[0015] 所述對立方氮化硼基體具有刻蝕性的玻璃相成分為硅氧化物、鋰氧化物中的至少 一種。
[0016] 步驟1)中，所用立方氮化硼基體待涂層表面事先經(jīng)過噴砂、溶劑清洗處理。將清洗 后的立方氮化硼基體置于物理氣相沉積系統(tǒng)中進(jìn)行物理氣相沉積。
[0017] 所述立方氮化硼基體為PCBN(聚晶立方氮化硼），該PCBN可以是整體PCBN刀具的 PCBN，也可以是立方氮化硼復(fù)合刀片的PCBN部分。玻璃相層中含有對立方氮化硼基體具有 亥IJ蝕性的玻璃相成分，例如，玻璃相層中含有可以蝕刻立方氮化硼晶粒的硅氧化物、可以蝕 亥IJPCBN(聚晶立方氮化硼）晶粒間陶瓷基粘合劑的鋰氧化物中的至少一種。通過該玻璃相層 在后續(xù)高溫退火工藝中的刻蝕反應(yīng)，使PCBN刀具表面形成粗糙的絨面結(jié)構(gòu)，增加刀具基體 與后續(xù)硬質(zhì)涂層之間的結(jié)合面積，從而提高PCBN刀具基體與硬質(zhì)涂層的結(jié)合力。優(yōu)選的，所 述娃氧化物為Si〇2;所述鋰氧化物為Li2〇。
[0018] 發(fā)明人在實驗中發(fā)現(xiàn)，娃氧化物在800 °C以上的高溫下，能夠侵蝕PCBN晶體，形成 凹陷；同樣的，鋰氧化物在840°C以上的高溫下，能夠侵蝕晶粒間陶瓷基粘合劑，形成凹陷。 對立方氮化硼基體具有刻蝕性的玻璃相成分包括但不限于上述兩種，只要能夠?qū)CBN刀具 基體進(jìn)行刻蝕形成絨面即可。關(guān)于玻璃相的刻蝕作用，現(xiàn)有技術(shù)CN102543252B中具有類似 記載，但其主要是通過刻蝕作用來穿透氮化硅等薄膜層，而非在其表面形成絨面。關(guān)于刻蝕 的機理，是由于玻璃相層在其和立方氮化硼基體結(jié)合的地方起到了降低立方氮化硼熔點的 作用，使立方氮化硼表面在高溫退火時發(fā)生點狀的熔融蝕刻，該退火溫度顯著低于立方氮 化硼的恪點或軟化點。
[0019] 優(yōu)選的，所述玻璃相層為一層Si02玻璃相層，或一層Li20玻璃相層，或者一層Si〇2 玻璃相層與一層Li20玻璃相層疊加的雙層玻璃相層。
[0020] 步驟1)所述物理氣相沉積法中，沉積壓力為0.6~1.2Pa。在沉積玻璃相時，應(yīng)控制 玻璃相的生長工藝，使其形成非連續(xù)（島狀）的玻璃相層。優(yōu)選的，采用較高的沉積壓力，如 0.6~1.2Pa，增加其成核密度，使玻璃相優(yōu)先進(jìn)行島狀生長，從而形成高密度的微納米玻璃 相顆粒，該些高密度的微納米玻璃相顆粒作為蝕刻劑，用于在后續(xù)的退火步驟中在基體表 面形成高密度的微納米絨毛粗糙表面，增加基體的比表面積。
[0021]優(yōu)選的，采用磁控濺射的方法沉積形成玻璃相層。一般的，Si〇2玻璃相層是采用硅 靶，通入氧氣為反應(yīng)氣體，經(jīng)反應(yīng)磁控濺射沉積形成。Li20玻璃相層是采用Li20陶瓷靶，通入 氬氣為保護氣體，經(jīng)磁控濺射沉積形成。
[0022]進(jìn)一步優(yōu)選的，采用磁控濺射的方法沉積形成玻璃相層時，濺射偏壓為100V，氣體 流量為20sccm〇
[0023]步驟1)中，所述玻璃相層的厚度為5A~丨Ormu在玻璃相層的形成過程中，應(yīng)控制 玻璃相的生長厚度，使其僅為數(shù)個或數(shù)十個原子層厚度，如5A~lOnrn,不使各島發(fā)生連通 成片；同時，不使玻璃相層對PCBN刀具產(chǎn)生過多的腐蝕穿透，防止顯著降低刀具硬度。可采 用小的靶電流控制玻璃相的生長厚度，如20~50A。
[0024] 步驟2)中，所述退火的溫度為800~950°C，保溫時間為1~2h。該退火步驟的主要 作用是使玻璃相層和PCBN刀具基體發(fā)生反應(yīng)，利用玻璃相層的腐蝕性，在PCBN刀具基體表 面形成絨面。一般的，硅氧化物在800°C以上的高溫下，能夠侵蝕PCBN晶體，形成凹陷；鋰氧 化物在840°C以上的高溫下，能夠侵蝕晶粒間陶瓷基粘合劑，形成凹陷。
[0025]步驟2)中，弱氧化氣氛中氧化性氣體的體積百分比為1%~3%。玻璃相層在保護 氣氛或弱氧化氣氛下進(jìn)行退火，從而在刀具基體表面形成絨面。所述弱氧化氣氛為保護氣 體與氧化性氣體的混合物。所述保護氣氛為惰性氣體，如氮氣;保護氣氛用于防止PCBN刀具 基體在退火過程中和空氣中的氧、硫等有害氣體發(fā)生反應(yīng)，造成質(zhì)量下降。采用弱氧化氣氛 氣體是為了進(jìn)一步氧化玻璃相中的Si、Li，防止因沉積玻璃相層時氧化不充分造成的不能 夠?qū)CBN刀具基體表面進(jìn)行有效的蝕刻的情況。弱氧化氣氛中氧化性氣體的含量較低，避 免使PCBN刀具產(chǎn)生顯著氧化。
[0026]所述氧化性氣體優(yōu)選％0。犯0的氧化性相對02較弱，較低含量的N20退火足以使Si 氧化，同時不會使PCBN刀具發(fā)生嚴(yán)重氧化，不影響PCBN刀具的質(zhì)量。
[0027]退火可采用常規(guī)退火爐熱退火、快速熱退火，也可在物理氣相沉積設(shè)備中直接進(jìn) 行退火。優(yōu)選在物理氣相沉積設(shè)備中進(jìn)行退火，減少設(shè)備充氣/抽真空的等待時間，同時防 止大氣條件下各膜層之間的界面污染。
[0028] 一種采用上述的表面粗糙化處理方法處理所得的改性立方氮化硼基體。所述改性 是指玻璃相層蝕刻并對基體表面進(jìn)行釘扎。釘扎在基體表面的玻璃相層可以去除，也可以 保留;優(yōu)選保留該玻璃相層。
[0029] 如果保留該玻璃相層，需要指出，在經(jīng)過退火后，該玻璃相層已經(jīng)蝕刻并釘扎在基 體表面，不是傳統(tǒng)意義上完整的薄膜。
[0030] 本發(fā)明的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，是采用氣相沉積法在立方氮化硼 基體表面形成島狀不連續(xù)的玻璃相層，再在弱氧化氣氛下進(jìn)行退火;通過玻璃相的蝕刻作 用，在基體表面形成微納米絨毛表面，使基體表面粗糙化，從而增加刀具基體和硬質(zhì)涂層的 結(jié)合面積，提高硬質(zhì)涂層與刀具基體的結(jié)合力，提高刀具的整體使用性能。
[0031] 本發(fā)明的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，在對刀具基體進(jìn)行蝕刻時，不采 用濕法蝕刻，與真空工藝的兼容性好;也不采用傳統(tǒng)的等離子體干法蝕刻工藝，避免引入腐 蝕性氣體，不會造成真空設(shè)備的腐蝕。本發(fā)明的表面粗糙化處理方法中，腐蝕性玻璃相層為 島狀不連續(xù)，在蝕刻作用后可以去除，但優(yōu)選不進(jìn)行去除，能形成較好的釘乳效應(yīng)，進(jìn)一步 提尚結(jié)合力。
[0032] -種立方氮化硼涂層刀具，包括上述的改性立方氮化硼基體，所述改性立方氮化 硼基體經(jīng)過改性的表面上沿遠(yuǎn)離基體的方向依次設(shè)有結(jié)合層和硬質(zhì)涂層。
[0033] 所述硬質(zhì)涂層優(yōu)選鈦基硬質(zhì)涂層，也可以為氧化鋁硬質(zhì)涂層。
[0034] 所述結(jié)合層為鈦結(jié)合層，厚度為50nm~Ιμπι;所述硬質(zhì)涂層為鈦基硬質(zhì)涂層，厚度 為400nm~4ym。
[0035] 具有鈦基硬質(zhì)涂層的立方氮化硼涂層刀具的制備方法，是采用物理氣相沉積的方 法，在改性立方氮化硼基體經(jīng)過改性的表面上依次沉積形成鈦結(jié)合層、鈦基硬質(zhì)涂層。
[0036] 所述鈦結(jié)合層為純鈦結(jié)合層。采用物理氣相沉積方法，在改性立方氮化硼基體經(jīng) 過改性的表面上形成一層純鈦結(jié)合層;該純鈦結(jié)合層用于提高刀具基體與后續(xù)的鈦基硬質(zhì) 涂層的結(jié)合力。純鈦結(jié)合層的厚度為50nm~Ιμπι，優(yōu)選400~800nm〇
[0037] 所述鈦基硬質(zhì)涂層為氮化鈦硬質(zhì)涂層或氮鋁鈦硬質(zhì)涂層。采用物理氣相沉積的方 法，在鈦結(jié)合層上沉積形成鈦基硬質(zhì)涂層。優(yōu)選的，所述鈦基硬質(zhì)涂層中的N含量沿遠(yuǎn)離基 體方向呈遞增趨勢，以優(yōu)化鈦基硬質(zhì)涂層的界面特性和硬度:接近鈦結(jié)合層的鈦基硬質(zhì)涂 層N含量較低，和鈦結(jié)合層的界面特性良好;遠(yuǎn)離鈦結(jié)合層的鈦基硬質(zhì)涂層N含量較高，提高 涂層硬度。
[0038]本發(fā)明所述的物理氣相沉積為磁控濺射或多弧離子鍍。
[0039] 優(yōu)選的，采用磁控濺射的方法沉積形成純鈦結(jié)合層;一般的，純鈦結(jié)合層是采用純 鈦靶，通入氬氣為保護氣體，經(jīng)磁控濺射沉積形成;優(yōu)選的，氬氣的流量為50~SOsccm，偏壓 負(fù)100~130V，鈦靶電流為60~80A。
[0040] 優(yōu)選的，采用反應(yīng)磁控濺射的方法沉積形成鈦基硬質(zhì)涂層;一般的，鈦基硬質(zhì)涂層 是采用鈦靶或鈦鋁靶，通入氮氣為反應(yīng)氣體，經(jīng)反應(yīng)磁控濺射沉積形成;優(yōu)選的，在反應(yīng)磁 控濺射過程中，氮氣氣壓由0.2Pa線性升至0.4~0.5Pa，偏壓負(fù)100V，靶電流為50A。
[0041] 在反應(yīng)濺射過程中，氮氣氣壓線性上升，可使鈦基硬質(zhì)涂層中的氮含量沿遠(yuǎn)離基 體方向遞增。如在反應(yīng)濺射過程中維持氮氣氣壓不變，則鈦基硬質(zhì)涂層中的氮含量一致。 [0042]在沉積鈦基硬質(zhì)涂層之前，還可以對鈦結(jié)合層進(jìn)行氮氣等離子體處理，以優(yōu)化鈦 結(jié)合層與鈦基硬質(zhì)涂層的界面。上述氮氣等離子體處理是指在沉積鈦基硬質(zhì)涂層前，首先 引發(fā)氮氣放電，同時保持靶材處于被遮蔽的狀態(tài)，防止發(fā)生鈦基涂層的生長，這樣氮氣等離 子體轟擊結(jié)合層(例如鈦結(jié)合層），對其進(jìn)行輕微的氮化處理，以利于其和后續(xù)形成的硬質(zhì) 涂層(氮化鈦、氮鋁鈦等)兼容。
[0043] 本發(fā)明的立方氮化硼涂層刀具，包括改性的立方氮化硼基體，以及位于改性立方 氮化硼基體的經(jīng)過改性的表面上的結(jié)合層及硬質(zhì)涂層。通過玻璃相對立方氮化硼刀具基體 的蝕刻作用，在基體表面形成粗糙的絨面結(jié)構(gòu)，增大了刀具基體與硬質(zhì)涂層的結(jié)合面積，從 而提高了刀具基體與涂層的結(jié)合力;所得立方氮化硼涂層刀具硬度及斷裂韌度高，具有良 好的切削性能和耐磨性，質(zhì)量穩(wěn)定，使用壽命長，適合推廣使用。
【附圖說明】
[0044] 圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的立方氮化硼涂層刀具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045] 圖2為實施例1所得立方氮化硼涂層刀具的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結(jié)合【具體實施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0047] 實施例1
[0048]本實施例的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，包括下列步驟：
[0049] 1)對PCBN基體進(jìn)行噴砂、溶劑清洗之后，將其放入物理氣相沉積系統(tǒng)中；
[0050] 2)采用氣相沉積法在立方氮化硼基體表面形成島狀不連續(xù)的玻璃相層，具體為：
[0051] 采用反應(yīng)磁控濺射工藝，在PCBN基體表面形成島狀的Si02玻璃相層;濺射過程中， 氧氣壓力(沉積壓力)為〇.7Pa，采用較高的沉積壓力，保證玻璃相層有限島狀生長;濺射偏 壓為100V，靶電流20A，氧氣流量為2〇SCCm;所得玻璃相層的厚度為5:A (埃），即得涂層基體； [0052] 3)將步驟2)所得涂層基體在弱氧化氣氛下進(jìn)行退火，退火溫度為810°C，保溫時間 為lh，即得表面粗糙化的改性立方氮化硼基體;其中，所述弱氧化氣氛為氮氣與N2〇氣體的 混合物，N20氣體的體積百分含量為1.5 %。
[0053]本實施例的立方氮化硼涂層刀具，如圖2所示，包括上述的改性立方氮化硼基體 (該改性立方氮化硼基體包括PCBN刀具基體1，所述PCBN刀具基體1的表面具有玻璃相層4， 所述改性立方氮化硼基體具有玻璃相層4的表面上，沿遠(yuǎn)離基體的方向依次設(shè)有純鈦結(jié)合 層2和氮化鈦硬質(zhì)涂層3。所述鈦結(jié)合層的厚度為400nm，氮化鈦硬質(zhì)涂層的厚度為900nm〇
[0054] 本實施例的立方氮化硼涂層刀具的制備方法，包括下列步驟：
[0055] a)采用磁控濺射的工藝，在改性立方氮化硼基體具有玻璃相層的表面上沉積形成 純鈦結(jié)合層;濺射過程中，氬氣流量為5〇SCCm，偏壓負(fù)100V，鈦靶電流為60A;
[0056] b)采用反應(yīng)磁控濺射的工藝，在純鈦結(jié)合層上沉積形成氮化鈦硬質(zhì)涂層;濺射過 程中，氮氣氣壓由0.2Pa線性升至0.5Pa，鈦靶電流為50A，最終形成厚度為900nm的氮化鈦硬 質(zhì)涂層，且氮化鈦硬質(zhì)涂層中的氮含量沿遠(yuǎn)離基體的方向遞增。
[0057] 實施例2
[0058]本實施例的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，包括下列步驟：
[0059] 1)對PCBN基體進(jìn)行噴砂、溶劑清洗之后，將其放入物理氣相沉積系統(tǒng)中；
[0060] 2)采用氣相沉積法在立方氮化硼基體表面形成島狀的玻璃相層，具體為：
[0061] 采用反應(yīng)磁控濺射工藝，在PCBN基體表面形成島狀的Si02玻璃相層;濺射過程中， 氧氣壓力(沉積壓力)為l.OPa，采用較高的沉積壓力，保證玻璃相層有限島狀生長;濺射偏 壓為100V，靶電流30A，氧氣流量為20sccm;
[0062] 再采用Li20陶瓷靶磁控濺射，進(jìn)一步形成島狀的Li20玻璃相層;濺射過程中，Ar氣 壓力為〇.6Pa，射偏壓為100V，靶電流30A，Ar氣流量為20sccm;
[0063] 所得Si02玻璃相層與Li20玻璃相層的總厚度為10nm，即得涂層基體；
[0064] 3)將步驟2)所得涂層基體在弱氧化氣氛下進(jìn)行退火，退火溫度為850°C，保溫時間 為2h，即得表面粗糙化的改性立方氮化硼基體;其中，所述弱氧化氣氛為氮氣與N20氣體的 混合物，N20氣體的體積百分含量為2.0 %。
[0065]本實施例的立方氮化硼涂層刀具，包括上述的改性立方氮化硼基體，所述改性立 方氮化硼基體具有玻璃相層的表面上，沿遠(yuǎn)離基體的方向依次設(shè)有鈦結(jié)合層和氮鋁鈦硬質(zhì) 涂層。所述鈦結(jié)合層的厚度為700nm，氮鋁鈦硬質(zhì)涂層的厚度為2μπι。
[0066] 本實施例的立方氮化硼涂層刀具的制備方法，包括下列步驟：
[0067] a)采用磁控濺射的工藝，在改性立方氮化硼基體具有玻璃相層的表面上沉積形成 純鈦結(jié)合層;濺射過程中，氬氣流量為80%〇11，偏壓負(fù)100￥，鈦靶電流為6(^;
[0068] b)采用反應(yīng)磁控濺射的工藝，在純鈦結(jié)合層上沉積形成氮鋁鈦硬質(zhì)涂層;濺射過 程中，氮氣氣壓由0.2Pa線性升至0.4Pa，鈦鋁靶電流為50A，最終形成厚度為2μπι的氮鋁鈦硬 質(zhì)涂層，且氮鋁鈦硬質(zhì)涂層中的氮含量沿遠(yuǎn)離基體的方向遞增。
[0069] 實施例3
[0070]本實施例的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，包括下列步驟：
[0071 ] 1)對PCBN基體進(jìn)行噴砂、溶劑清洗之后，將其放入物理氣相沉積系統(tǒng)中；
[0072] 2)采用氣相沉積法在立方氮化硼基體表面形成島狀的玻璃相層，具體為：
[0073] 采用Li20陶瓷靶磁控濺射，在PCBN基體表面形成島狀的Li20玻璃相層;派射過程 中，Ar氣壓力為0.8Pa，射偏壓為100V，祀電流30A，Ar氣流量為2〇SCCm;所得玻璃相層的厚度 為lnm，即得涂層基體；
[0074] 3)將步驟2)所得涂層基體在弱氧化氣氛下進(jìn)行退火，退火溫度為950°C，保溫時間 為1.5h，即得表面粗糙化的改性立方氮化硼基體;其中，所述弱氧化氣氛為氮氣與N20氣體 的混合物，N20氣體的體積百分含量為1.0 %。
[0075] 本實施例的立方氮化硼涂層刀具，包括上述的改性立方氮化硼基體，所述改性立 方氮化硼基體具有玻璃相層的表面上，沿遠(yuǎn)離基體的方向依次設(shè)有純鈦結(jié)合層和氮化鈦硬 質(zhì)涂層。所述鈦結(jié)合層的厚度為500nm，氮化鈦硬質(zhì)涂層的厚度為600nm〇
[0076] 本實施例的立方氮化硼涂層刀具的制備方法，包括下列步驟：
[0077] a)采用磁控濺射的工藝，在改性立方氮化硼基體具有玻璃相層的表面上沉積形成 純鈦結(jié)合層;濺射過程中，氬氣流量為5〇SCCm，偏壓負(fù)100V，鈦靶電流為60A;
[0078] b)采用反應(yīng)磁控濺射的工藝，在純鈦結(jié)合層上沉積形成氮化鈦硬質(zhì)涂層;濺射過 程中，氮氣氣壓由0.2Pa線性升至0.5Pa，鈦靶電流為50A，最終形成厚度為600nm的氮化鈦硬 質(zhì)涂層，且氮化鈦硬質(zhì)涂層中的氮含量沿遠(yuǎn)離基體的方向遞增。
[0079] 實施例4
[0080] 本實施例的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，包括下列步驟：
[0081 ] 1)對PCBN基體進(jìn)行噴砂、溶劑清洗之后，將其放入物理氣相沉積系統(tǒng)中；
[0082] 2)采用氣相沉積法在立方氮化硼基體表面形成島狀的玻璃相層，具體為：
[0083]采用反應(yīng)磁控濺射工藝，在PCBN基體表面形成島狀的Si02玻璃相層;濺射過程中， 氧氣壓力(沉積壓力)為1.2Pa，采用較高的沉積壓力，保證玻璃相層有限島狀生長;濺射偏 壓為100V，靶電流50A，氧氣流量為2〇SCCm;所得玻璃相層的厚度為5nm，即得涂層基體； [0084] 3)將步驟2)所得涂層基體在弱氧化氣氛下進(jìn)行退火，退火溫度為900°C，保溫時間 為1.5h，即得表面粗糙化的改性立方氮化硼基體;其中，所述弱氧化氣氛為氮氣與N20氣體 的混合物，N20氣體的體積百分含量為3.0 %。
[0085] 本實施例的立方氮化硼涂層刀具，包括上述的改性立方氮化硼基體，所述改性立 方氮化硼基體具有玻璃相層的表面上，沿遠(yuǎn)離基體的方向依次設(shè)有純鈦結(jié)合層和氮鋁鈦硬 質(zhì)涂層。所述鈦結(jié)合層的厚度為800nm，氮鋁鈦硬質(zhì)涂層的厚度為4μπι。
[0086] 本實施例的立方氮化硼涂層刀具的制備方法，包括下列步驟：
[0087] a)采用磁控濺射的工藝，在改性立方氮化硼基體具有玻璃相層的表面上沉積形成 純鈦結(jié)合層;濺射過程中，氬氣流量為7〇SCCm，偏壓負(fù)100V，鈦靶電流為60A;
[0088] b)采用反應(yīng)磁控濺射的工藝，在純鈦結(jié)合層上沉積形成氮鋁鈦硬質(zhì)涂層;濺射過 程中，氮氣氣壓由0.2Pa線性升至0.4Pa，鈦鋁靶電流為50A，最終形成厚度為4μπι的氮鋁鈦硬 質(zhì)涂層，且氮鋁鈦硬質(zhì)涂層中的氮含量沿遠(yuǎn)離基體的方向遞增。
[0089] 在本發(fā)明的其他實施例中，在制備立方氮化硼涂層刀具時，步驟b)中在反應(yīng)磁控 濺射過程中也可維持氮氣氣壓不變(氮氣氣壓取值范圍0.2-0.5Pa)，形成的鈦基硬質(zhì)涂層 中的氮含量一致。
[0090] 實驗例
[0091]本實驗例采用涂層附著力自動劃痕儀，對實施例1、2所得立方氮化硼涂層刀具進(jìn) 行測試，結(jié)果如表1、2所示。
[0092] 其中，對比例1是直接在PCBN基體上沉積純鈦結(jié)合層和氮化鈦硬質(zhì)涂層，沒有實現(xiàn) 進(jìn)行沉積玻璃相層和退火的步驟，其余同實施例1;對比例2是直接在PCBN基體上沉積純鈦 結(jié)合層和氮鋁鈦硬質(zhì)涂層，沒有沉積玻璃相層和退火的步驟，其余同實施例2。
[0093] 表1實施例1和對比例1所得立方氮化硼涂層刀具的結(jié)合力(N)對比
[0095] 注:上表中樣品1-6為平行實驗。
[0096]表2實施例2和對比例2所得立方氮化硼涂層刀具的結(jié)合力(N)對比
[0098] 注:上表中樣品1-6為平行實驗。
【主權(quán)項】
1. 一種立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，其特征在于:包括下列步驟： 1) 采用物理氣相沉積法在立方氮化硼基體表面形成島狀不連續(xù)的玻璃相層，得涂層基 體;所述玻璃相層含有對立方氮化硼基體具有刻蝕性的玻璃相成分； 2) 將步驟1)所得涂層基體在保護氣氛或弱氧化氣氛下進(jìn)行退火，使玻璃相層蝕刻立方 氮化硼基體，在基體表面形成絨面，即得表面粗糙化的改性立方氮化硼基體;所述弱氧化氣 氛為保護氣體與氧化性氣體的混合物。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，其特征在于:步驟1)所 述物理氣相沉積法中，沉積壓力為〇. 6~1.2Pa。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，其特征在于：步驟1) 中，所述玻璃相層的厚度為5A~丨Onm。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，其特征在于：步驟2) 中，所述退火的溫度為800~950°C，保溫時間為1~2h。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，其特征在于：步驟2) 中，弱氧化氣氛中氧化性氣體的體積百分比為1%~3%。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的立方氮化硼基體表面粗糙化處理方法，其特征在于:所述氧化 性氣體為N20。7. -種采用如權(quán)利要求1-6中任一項所述的表面粗糙化處理方法處理所得的改性立方 氮化硼基體。8. -種立方氮化硼涂層刀具，其特征在于：包括權(quán)利要求7所述的改性立方氮化硼基 體，所述改性立方氮化硼基體經(jīng)過改性的表面上沿遠(yuǎn)離基體的方向依次設(shè)有結(jié)合層和硬質(zhì) 涂層。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的立方氮化硼涂層刀具，其特征在于:所述結(jié)合層為鈦結(jié)合層， 厚度為50nm~Ιμπι;所述硬質(zhì)涂層為鈦基硬質(zhì)涂層，厚度為400nm~4μηι 〇10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的立方氮化硼涂層刀具，其特征在于:所述鈦基硬質(zhì)涂層為氮 化鈦硬質(zhì)涂層或氮鋁鈦硬質(zhì)涂層。
【文檔編號】B23B27/14GK105951039SQ201610274963
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】董永芬, 韓倩斐
【申請人】富耐克超硬材料股份有限公司