一种刀具表面化学气相沉积氮化钒涂层的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种新的氮化钒涂层制备方法，特别是一种刀具表面化学气相沉积氮 化钒涂层的方法。
【背景技术】
[0002] 当今，刀具涂层制备技术主要有化学热处理法、热喷涂法、热反应扩散沉积法、溶 胶-凝胶法、气相沉积法等。其中，气相沉积法以其制备的涂层质量好，已经逐渐成为涂层 制备的主导。气相沉积又分为化学气相沉积（CVD)和物理气相沉积（PVD)。刀具涂层的发 展呈涂层成分的多元化、涂层结构的多层化、涂层基体的梯度化趋势。
[0003] 从人们最先应用在刀具上的涂层为TiC、TiN，因其与基体结合牢固，这两种单层膜 迅速实现了产业化发展。随后的TiCN涂层出现，其显微硬度高达HV3000,进一步提高了涂 层的性能。同时期的A1203涂层，以其高温性能好，备受关注，应用前景也很广阔。当前，应 用最多的TiAIN三元涂层，可以通过调整A1元素的成分比例来获得不同的膜层性能；而在 Ti-N中加入A1、C元素，即可形成TiAlCN的四元膜层，它具有良好的热稳定性、高耐磨性和 低摩擦性。由于单一涂层已经不能满足更为复杂的加工要求，因此，有研究人员思考将两种 或多种涂层相叠加，制备出了多组分复合膜和多层（梯度）膜体系，逐步实现了综合性能均 衡化。如：伊斯卡公司研发了底层为TiCN，中间层为A1203,顶层为TiN的TiCN-Al203_TiN复 合涂层。TiCN改善了刀具的耐磨性，A1203作为热屏障。为了改进这种基础涂层，伊斯卡还 采用了专门的后处理工艺，以生成既耐磨又耐热的光滑表面。
[0004] 以上所述现有的涂层，存在一些缺陷。具体表现在，在切削过程中切削区的温度 高、粘刀严重、磨损快、切削困难，且工件切削表面质量不高，其主要原因是切削过程中摩擦 系数过大。因此，迫切需要寻找一种低摩擦系数的硬质刀具涂层来代替现有的硬质刀具涂 层。
[0005] 氮化钒涂层具有显著的高温自润滑性，N.Fateh等人介绍了VN涂层的高温摩擦性 能，在700°C的温度下摩擦系数为0. 25-0. 27,具有极好的高温自润滑性。
【发明内容】
[0006] 本发明提供了一种刀具表面化学气相沉积氮化钒涂层的方法，其特征在于：利用 钒的氧化物加热气化后，引入还原、氮化气体，从而达到在刀具表面沉积涂层的目的。
[0007] 所述的钒的氧化物为V205，其固态700°C以上显著挥发，温度大于670°C时，开始进 行如下反应：
【主权项】
1. 一种刀具表面化学气相沉积氮化钒涂层的方法，其特征在于所述方法包括： (1) 将刀具置于化学气相沉积设备中； (2) 加热 V2O5 ; (3) 对V2O5进行还原； (4) 进行氮化。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于加热V2O5到700°C以上；利用H2对V 2O5进 行还原；利用N2进行氮化。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：初始加热温度要在700°C以上，沉积温度 在900°C以上。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于：反应在正或负压下进行。
5. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：沉积过程中，N2的流量为200ml/min，H2 的流量为200ml/min。
6. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：沉积时间为60min-120min。
7. -种表面化学气相沉积氮化钒涂层的刀具，其特征在于所述刀具是通过权利要求 1-6任一所述的方法制备得到。
【专利摘要】本发明提供了一种刀具表面化学气相沉积氮化钒涂层的方法，所述方法包括将刀具置于化学气相沉积设备中，利用V2O5加热到700℃以上易挥发的性质，对其进行加热到700℃以上，通入H2对V2O5进行还原，生成V、通入N2对V进行氮化，生成VN，从而达到在刀具表面沉积氮化钒涂层的目的。本发明设备投资小，操作简单，沉积速度快，节省能源，有较好的经济效益。
【IPC分类】C23C16-02, C23C16-34, C23C16-56
【公开号】CN104651804
【申请号】CN201410673450
【发明人】徐先锋, 李辉
【申请人】华东交通大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2014年11月21日