一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层及其制备方法
专利汇可以提供一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层及其制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层及其制备方法，属于刀具涂层制备技术领域；本发明的AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层的刀具基体为WC-Co硬质 合金 或高速 钢 ，涂层结构包含Ti金属结合层、AlTiN过渡层和AlCrSiN主耐磨层；其中AlTiN过渡层的组成为 铝 29~35at.%， 钛 15~20at.%，氮47~51at.%，AlCrSiN主耐磨层组成为：铝25~30 at.%，铬20~25at.%， 硅 1~10at.%，氮45~50at.%。其中过渡层AlTiN涂层由高功率脉冲 磁控溅射 技术制备；AlCrSiN涂层采用 电弧 离子 镀 技术制备；该AlCrSiN基多层纳米复合涂层体系具有硬度高、 摩擦系数 低、内应 力 低、结合强度高、高温 稳定性 好的优点，沉积涂层刀具适用于高速条件下的高硬度钢材料切削加工，可大幅度提高刀具寿命。，下面是一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层及其制备方法专利的具体信息内容。
1.一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层，其特征在于：该涂层包含结合层、过渡层和主耐磨层，结合层为附着在刀具基体上的Ti金属结合层、过渡层附为附着在结合层上的AlTiN过渡层，主耐磨层为附着在过渡层上的AlCrSiN主耐磨层；
其中AlTiN过渡层由如下质量百分含量的成分组成：
铝29~35at.%，钛15~20at.%，氮47~51 at.%；
AlCrSiN主耐磨层由如下质量百分含量的成分组成：
铝25~30 at.%，铬20~25 at.%，硅1~10 at.%，氮45~50at.%。
2.根据权利要求1所述一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层，其特征在于：所述结合层为厚度0.1~1微米厚的Ti金属层；所述过渡层AlTiN涂层由高功率脉冲磁控溅射技术制备，为0.5~2微米的AlTiN涂层；所述AlCrSiN主耐磨层采用电弧离子镀技术制备，厚度为1~5微米。
3.一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
（1）将经预处理后的高速钢或硬质合金刀具均匀固定在炉体内的工件架上，调节工-3 -3
件支架转速为3~10 rpm，抽至本底真空1×10 ~3.0×10 Pa，同时打开加热器，升温至
300~500℃；
（2）打开Ar气流量阀，调节真空室约为0.3~0.8 Pa，基体加负偏电压700~1300 V，进行辉光溅射清洗10~30 min；
（3）然后降低基体负偏电压至100~200 V，开启电弧离子镀纯Ti靶，调节靶材电流为
80~200 A，以Ti离子高能轰击基体3~10分钟以活化基体表面并形成金属结合层；
（4）关闭纯Ti电弧靶，打开N2气流量阀，并通入Ar，控制总气压在0.6~1.2 Pa，温度
300~500℃条件下，开启高功率脉冲磁控溅射HIPMS AlTi靶，控制靶电压500~1500 V，靶平均电流0.4~3 A，脉冲宽度80~400微秒，沉积AlTiN过渡层15~40 min；
（5）然后关闭HIPIMS TiAl 靶，关闭Ar气，控制气压在0.8~4.0 Pa，开启AlCrSi电弧靶， 控制靶电流在60~130 A，制备AlCrSiN纳米复合层80~150 min，关闭AlCrSi靶，关闭偏压电源，关闭N2气流量阀，完成镀膜后，刀具随炉降温至常温后取出。
4.根据权利要求3所述一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的高功率脉冲磁控溅射HIPIMS AlTi靶的AlTi 比例为50:50。
5.根据权利要求3所述一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层的制备方法，其特征在于：步骤（4）所述的Ar/N2比例为4:1~1:2。
6.根据权利要求3所述一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层的制备方法，其特征在于：步骤（5）所述的AlCrSi电弧靶的Al Cr Si比例为60:30:10。
一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层及其制备方法
技术领域
背景技术
发明内容
所述AlCrSiN主耐磨层采用电弧离子镀技术制备，附着在过渡层上，厚度为1~5微米。
铝铬硅氮层：铝25~30 at.%，铬20~25 at.%，硅1~10 at.%，氮45~50at.%；
用本配方制成的铬铝硅氮化物多层涂层，其各成分总和应为100 at.%。
件支架转速为3~10 rpm，抽至本底真空1×10 ~3.0×10 Pa，同时打开加热器，升温至
300~500℃；
（2）打开Ar气流量阀，调节真空室约为0.3~0.8 Pa，基体加负偏电压700~1300 V，进行辉光溅射清洗10~30 min；
（3）然后降低基体负偏电压至100~200 V，开启电弧离子镀纯Ti靶，调节靶材电流为
80~200 A，以Ti离子高能轰击基体3~10分钟以活化基体表面并形成金属结合层；
（4）关闭纯Ti电弧靶，打开N2气流量阀，并通入Ar，控制总气压在0.6~1.2 Pa，Ar/N2比例在4:1~1:2，温度300~500℃条件下，开启高功率脉冲磁控溅射HIPMS AlTi（67:33）靶，控制靶电压500~1500 V，靶平均电流0.4~3 A，脉冲宽度80~400微秒，沉积AlTiN过渡层15~40 min；
（5）然后关闭HIPIMS TiAl 靶，关闭Ar气，控制气压在0.8~4.0 Pa，开启AlCrSi（60:30:10）电弧靶， 控制靶电流在60~130 A，制备AlCrSiN纳米复合层80~150 min，关闭AlCrSi靶，关闭偏压电源，关闭N2气流量阀，完成镀膜后，刀具随炉降温至常温后取出。
2. 实验测试表明，该AlCrSiN基涂层体系具有超过80 N的结合力，30-45 GPa的硬度，低达0.4的摩擦系数；
3. 切削实验表明涂层刀具寿命可提高5倍以上；
4. 使用本发明制成的刀具，其抗机械磨损性能和抗高温氧化性能均有大幅度提高，可以满足高速加工对刀具材料更好性能的需求，有巨大的市场潜力和使用价值。
附图说明
具体实施方式
所述AlCrSiN主耐磨层采用电弧离子镀技术制备，附着在过渡层上，厚度为1~5微米；
其中，过渡层与主耐磨层的涂层配方如下：
铝钛氮层：铝29at.%，钛20at.%，氮51 at.%；
铝铬硅氮层：铝25 at.%，铬20 at.%，硅5at.%，氮50at.%；
用本配方制成的铬铝硅氮化物多层涂层，其各成分总和应为100 at.%；
一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层的制备方法，包括如下步骤：
用酒精和丙酮清洗硬质合金刀片，用气枪吹干后置于腔体内的基片架上，调节工件-3 -3
支架转速为3~10 rpm，抽至本底真空1×10 ~3.0×10 Pa，同时打开加热器，升温至
300~500℃；打开Ar气流量阀，调节真空室约为0.3~0.8 Pa，基体加负偏电压700~1300 V，进行辉光溅射清洗10~30 min；然后降低基体负偏电压至100~200 V，开启纯Ti靶，调节靶材电流为80~200 A，以Ti离子高能轰击基体3~10分钟以活化基体表面；关闭纯Ti电弧靶，打开N2气流量阀，并通入Ar，控制总气压在0.6~1.2 Pa，Ar/N2比例在4:1~1:2，温度300~500℃条件下，开启高功率脉冲磁控溅射（HIPIMS）AlTi (67:33)靶，控制靶电压
500~1500 V，靶平均电流0.4~3 A，脉冲宽度80~400微秒，沉积AlTiN过渡层15~40 min；
然后关闭HIPIMS AlTi (67:33)靶，关闭Ar气，控制气压在0.8~4.0 Pa，开启AlCrSi（60:30:10）电弧靶， 控制靶电流在60~130 A，制备AlCrSiN纳米复合层80~150 min，关闭AlCrSi靶，关闭偏压电源，关闭N2气流量阀，完成镀膜后，刀具随炉降温至常温后取出。
所述AlCrSiN主耐磨层采用电弧离子镀技术制备，附着在过渡层上，厚度为1~5微米；
其中，过渡层与主耐磨层的涂层配方如下：
铝钛氮层：铝35at.%，钛18at.%，氮47at.%；
铝铬硅氮层：铝30 at.%，铬20at.%，硅5 at.%，氮45at.%；
用本配方制成的铬铝硅氮化物多层涂层，其各成分总和应为100 at.%；
一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层的制备方法，包括如下步骤：
用酒精和丙酮清洗高速钢刀片，用气枪吹干后置于腔体内的基片架上，调节工件支架-3
转速为3~10 rpm，抽至本底真空3.0×10 Pa，同时打开加热器，升温至300~500℃；打开Ar气流量阀，调节真空室约为0.3~0.8 Pa，基体加负偏电压700~1300 V，进行辉光溅射清洗
10~30 min；然后降低基体负偏电压至100~200 V，开启纯Ti靶，调节靶材电流为80~200 A，以Ti离子高能轰击基体3~10分钟以活化基体表面；关闭纯Ti电弧靶，打开N2气流量阀，并通入Ar，控制总气压在0.6~1.2 Pa，Ar/N2比例在4:1~1:2，温度300~500℃条件下，开启高功率脉冲磁控溅射（HIPMS）AlTi (67:33)靶，控制靶电压500~1500 V，靶平均电流0.4~3 A，脉冲宽度80~400微秒，沉积AlTiN过渡层15~40 min；然后关闭HIPIMS AlTi (67:33)靶，关闭Ar气，控制气压在0.8~4.0 Pa，开启AlCrSi（60:30:10）电弧靶， 控制靶电流在
60~130 A，制备AlCrSiN纳米复合层80~150 min，关闭AlCrSi靶，关闭偏压电源，关闭N2气流量阀，完成镀膜后，刀具随炉降温至常温后取出。
所述AlCrSiN主耐磨层采用电弧离子镀技术制备，附着在过渡层上，厚度为1~5微米；
其中，过渡层与主耐磨层的涂层配方如下：
铝钛氮层：铝30at.%，钛20at.%，氮50at.%；
铝铬硅氮层：铝28 at.%，铬22at.%，硅2 at.%，氮48at.%；
用本配方制成的铬铝硅氮化物多层涂层，其各成分总和应为100 at.%；
一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层的制备方法，包括如下步骤：
用酒精和丙酮清洗硬质合金刀片，用气枪吹干后置于腔体内的基片架上，调节工件支-3
架转速为3rpm，抽至本底真空1×10 Pa，同时打开加热器，升温至300℃；打开Ar气流量阀，调节真空室约为0.3Pa，基体加负偏电压700V，进行辉光溅射清洗10 min；然后降低基体负偏电压至100V，开启纯Ti靶，调节靶材电流为80A，以Ti离子高能轰击基体3分钟以活化基体表面；关闭纯Ti电弧靶，打开N2气流量阀，并通入Ar，控制总气压在0.6 Pa，Ar/N2比例在4:1，温度300℃条件下，开启高功率脉冲磁控溅射（HIPIMS）AlTi (67:33)靶，控制靶电压500 V，靶平均电流0.4 A，脉冲宽度80微秒，沉积AlTiN过渡层15 min；然后关闭HIPIMS AlTi (67:33)靶，关闭Ar气，控制气压在0.8Pa，开启AlCrSi（60:30:10）电弧靶， 控制靶电流在60A，制备AlCrSiN纳米复合层80 min，关闭AlCrSi靶，关闭偏压电源，关闭N2气流量阀，完成镀膜后，刀具随炉降温至常温后取出。
所述AlCrSiN主耐磨层采用电弧离子镀技术制备，附着在过渡层上，厚度为1~5微米；
其中，过渡层与主耐磨层的涂层配方如下：
铝钛氮层：铝33at.%，钛18at.%，氮49 at.%；
铝铬硅氮层：铝25 at.%，铬25 at.%，硅5at.%，氮45at.%；
用本配方制成的铬铝硅氮化物多层涂层，其各成分总和应为100 at.%；
一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层的制备方法，包括如下步骤：
用酒精和丙酮清洗高速钢刀片，用气枪吹干后置于腔体内的基片架上，调节工件支架-3
转速为7 rpm，抽至本底真空2.0×10 Pa，同时打开加热器，升温至400℃；打开Ar气流量阀，调节真空室约为0.5Pa，基体加负偏电压1000 V，进行辉光溅射清洗20 min；然后降低基体负偏电压至150 V，开启纯Ti靶，调节靶材电流为150 A，以Ti离子高能轰击基体8分钟以活化基体表面；关闭纯Ti电弧靶，打开N2气流量阀，并通入Ar，控制总气压在0.9Pa，Ar/ N2比例在2:1，温度400℃条件下，开启高功率脉冲磁控溅射（HIPIMS）AlTi (67:33)靶，控制靶电压1000 V，靶平均电流1.8 A，脉冲宽度240微秒，沉积AlTiN过渡层30 min；然后关闭HIPIMS AlTi (67:33)靶，关闭Ar气，控制气压在2.5Pa，开启AlCrSi（60:30:10）电弧靶， 控制靶电流在100 A，制备AlCrSiN纳米复合层100 min，关闭AlCrSi靶，关闭偏压电源，关闭N2气流量阀，完成镀膜后，刀具随炉降温至常温后取出。
所述AlCrSiN主耐磨层采用电弧离子镀技术制备，附着在过渡层上，厚度为1~5微米；
其中，过渡层与主耐磨层的涂层配方如下：
铝钛氮层：铝34at.%，钛18at.%，氮48 at.%；
铝铬硅氮层：铝26at.%，铬20at.%，硅9 at.%，氮45at.%；
用本配方制成的铬铝硅氮化物多层涂层，其各成分总和应为100 at.%；
一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层的制备方法，包括如下步骤：
用酒精和丙酮清洗硬质合金刀片，用气枪吹干后置于腔体内的基片架上，调节工件支-3
架转速为10 rpm，抽至本底真空3.0×10 Pa，同时打开加热器，升温至500℃；打开Ar气流量阀，调节真空室约为0.8 Pa，基体加负偏电压1300 V，进行辉光溅射清洗30 min；然后降低基体负偏电压至200 V，开启纯Ti靶，调节靶材电流为200 A，以Ti离子高能轰击基体
10分钟以活化基体表面；关闭纯Ti电弧靶，打开N2气流量阀，并通入Ar，控制总气压在1.2 Pa，Ar/ N2比例在1:2，温度500℃条件下，开启高功率脉冲磁控溅射（HIPIMS）AlTi (67:33)靶，控制靶电压1500 V，靶平均电流3 A，脉冲宽度400微秒，沉积AlTiN过渡层40 min；然后关闭HIPIMS AlTi (67:33)靶，关闭Ar气，控制气压在4.0 Pa，开启AlCrSi（60:30:10）电弧靶， 控制靶电流在130 A，制备AlCrSiN纳米复合层150 min，关闭AlCrSi靶，关闭偏压电源，关闭N2气流量阀，完成镀膜后，刀具随炉降温至常温后取出。
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