一种刀具耐磨涂层的制备方法
专利汇可以提供一种刀具耐磨涂层的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种刀具 耐磨涂层 的制备方法，其特征是采用 等离子体 扩渗与沉积复合技术，通过变换含氮、含 钛 、含 碳 气源组成，在高速 钢 刀具表面由里向外形成了一个渗氮层～4.5μm、TiN结合层～3.5μm、TiC耐磨涂层～2.5μm的多层梯度复合涂层。用本发明的制备方法制得的多层复合涂层增强 高速钢 刀具，刀具基体与涂层的结合状态良好，能保持刀具心部韧性的同时，提高刀具表面的强度、硬度、 耐磨性 和使用寿命。，下面是一种刀具耐磨涂层的制备方法专利的具体信息内容。
1、一种刀具耐磨涂层的制备方法，其特征是：在同一台设备实现等离子体扩渗与沉积复合技 术相结合，利用变换气源(包括渗剂)组成与配比，制备多层复合梯度涂层。
2、一种如权利要求1所述的刀具耐磨涂层制备方法，其特征在于：涂层的结构为多层复合梯 度涂层，从里往外分别由渗氮层、结合层、耐磨层组成，其中，渗氮层为氮在α-Fe、γ -Fe中的间隙固熔体涂层，结合层为气相化学生成的TiN涂层，耐磨涂层为气相化学生成 的TiC涂层。
3、一种如权利要求1和2所述的刀具耐磨涂层制备方法，其原料特征是：选择TiCl4气体为 Ti源，NH3、N2气体为TiN的氮源和高速钢的渗氮剂，CH4、C2H2气体为TiC碳源，Ar2 气体为保护性气体。
技术领域
背景技术
涂层材料有碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硼化物、硅化物、金刚石及复合涂层 等，其中常用的有TiC、TiN、Al2O3、金刚石涂层，涂层厚度为5～10um或10um以上。随 着涂层技术的发展，单一涂层由于基体较软或涂层与基体结合力不够，导致基体不能有力支 撑涂层而发生早期破坏，应用受到很大制约。通过多组元涂层、多层涂层设计，利用物理气 相沉积涂层技术，并与其他表面处理工艺或涂层相结合，形成一种带过渡层(或中间层)的双 层涂层或多层涂层，能有效克服单一涂层的缺点，使刀具材料具有的性能和良好的应用前景， 受到广泛关注。但不可否认，虽然气相沉积技术制备的单层或多层涂层的表面硬度高、耐磨 性好，但表面硬化层与基体之间有明显的界面，结合力较弱，表面硬化层与基体的热膨胀系 数不同，刀具在使用过程中由于温度变化引起的界面热应力可能导致涂层脱落，影响到涂层 的表面增强导致高速钢刀具的非正常失效。
关于所述刀具多层复合涂层，在公开号CN 1514039曾报道了采用等离子体增强脉冲激光 沉积法或热丝辅助射频等离子体CVD方法制备切削刀具用氮化硼复合涂层，该涂层包括一个 和硬质合金基体结合的基础层(TiCxOyNz)，一个中间结合层(镍(Ni)层)和一个最外的氮化 硼层。
公开号CN 1280632曾报道了一种在刀具上沉积细粒氧化铝涂层的等离子体化学气相沉 积(PACVD)法，该方法在等离子体由加在两个电极上的双极脉冲直流电压产生的，并在将 待涂覆的基材固定在电极上且为电连接。与现有方法相比，该方法抑制了绝缘表面上电荷的 积累，因此在所述表面上不产生电弧，从而使反应平稳、长期进行。
发明内容：
本发明提供一种高速钢刀具表面形成硬度高且连续变化、涂层与基体材料无界面、结合 紧密、耐磨性能和承载性能显著提高的多层梯度复合涂层及其制备方法。
本发明为达到以上目的，是通过这样的技术方案来实现的：本发明的多层梯度复合涂层 的结构从里往外分别由渗氮层、结合层、耐磨层组成，其中，渗氮层为氮在α-Fe、γ-Fe中 的间隙固熔体涂层，结合层为气相化学生成的TiN涂层，耐磨涂层为气相化学生成的TiC涂 层。该涂层结构的优点是：a、离子氮化处理除去了基体表面的氧化物，导致渗氮层与基体之 间的结合力提高，而且Fe、N、Cr、Ti内扩散层的形成导致界面冶金结合，对结合力有积极 作用。b、由于渗氮层的效应，TiN、TiC裂纹的扩展只有在基体界面上才能进行，延长了裂 纹移动路径，而且大大增加了TiC、TiN与基体的结合力，增加了有效硬化深度。c、TiN、 TiC两者的晶格常数相差不大，是同构互溶性的，从而保证TiC涂层与TiN过渡层的结合以 及与基体、渗镀层的结合，而且TiC具有很高的表面硬度值，从而使多层复合涂层具有很高 的高速耐磨性能和承载能力。
本发明还提供了一种刀具多层梯度复合涂层的制备方法，其特征是：在同一台设备实现 等离子体扩渗与沉积复合技术相结合，利用变换气源(包括渗剂)组成与配比，制备多层复 合梯度涂层。该制备方法的优点在于：采用在刀具表面气相沉积高硬度涂层的同时，通过在 炉内阴、阳极间加上高压电，气体辉光放电形成所需的等离子体，带有较大能量的等离子体 轰击阴极(刀具)表面并渗入工件，引起表面强化层与基体材料间的原子互相渗透、溶为一 体，形成高硬度、耐磨梯度功能涂层，改善涂层与基体的结合强度，减少使用过程中由于温 度变化引起的热应力，使产品得到优越的性能。等离子体扩渗与气相沉积复合技术与单纯气 相沉积技术相比，表面涂层硬度相近而涂层与基体材料的结合力要强得多；本项目技术与单 纯等离子体扩渗相比，涂层硬度提高许多。
本发明还提供了多层梯度复合涂层的气源组成，其特征是：选择TiCl4气体为Ti源，NH3、 N2气体为TiN的氮源和高速钢的渗氮剂，CH4、C2H2气体为TiC碳源，Ar2气体为保护性气 体。
本发明制备的多层梯度复合涂层，涂层的结合状况较好，涂层由里向外形成了一个渗氮 层～4.5μm、TiN层～3.5μm、TiC～2.5μm的梯度层厚。刀具的有效硬化层深度10～12μm， 心部硬度大于65HRC，表面硬度为大于1850HV，耐磨性大于普通高速钢的3倍以上。
具体实施方式：
实施例1：
TiCl4气体为Ti源，NH3气体为TiN的氮源和高速钢的渗氮剂，CH4气体为TiC碳源， Ar2气体为保护性气体。
采用等离子体扩渗与沉积复合技术，通过变换气源组成，在高速钢刀具表面由里向外形 成了一个渗氮层～4.5μm、TiN结合层～3.5μm、TiC耐磨涂层～2.5μm的多层梯度复合涂层， 刀具的有效硬化层深度10μm，心部硬度大于60HRC，表面硬度为大于1800HV，耐磨性大 于普通高速钢的2.5倍以上。
实施例2：
TiCl4气体为Ti源，N2气体为TiN的氮源和高速钢的渗氮剂，C2H2气体为TiC碳源，Ar2 气体为保护性气体。
采用等离子体扩渗与沉积复合技术，通过变换气源组成，在高速钢刀具表面由里向外形 成了一个渗氮层～4.5μm、TiN结合层～3.5μm、TiC耐磨涂层～2.5μm的多层梯度复合涂层， 刀具的有效硬化层深度12μm，心部硬度大于65HRC，表面硬度为大于1850HV，耐磨性大 于普通高速钢的3倍以上。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若个具体实施例。显然，本发明不限 于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出 或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
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