本发明属于机械切削刀具制造技术领域，涉及一种三元硼化物复合涂层刀具及其制备方法，具体的说是涉及一种在高速钢或硬质合金基体上采用磁控溅射方法制备非晶al-mg-b涂层，tib2作为过渡涂层的复合涂层刀具。
背景技术：
高速钢和硬质合金是当前机械切削高速刀具中应用比较广泛的两种材料，据不完全统计，硬质合金刀具已占世界刀具消费总额的55%，高速钢刀具为40%，超硬刀具为5%。高速钢经热处理后的使用硬度可达hrc63以上，在600℃左右的工作温度下仍能保持高的硬度，由于其具有较高的红硬性、韧性、耐磨性和耐热性，也用于制造性能要求高的模具、轧辊、高温轴承和高温弹簧等。硬质合金具有很高的硬度、强度、耐磨性和耐腐蚀性，被誉为“工业牙齿”，用于制造切削工具、刀具、钴具和耐磨零部件，广泛应用于军工、航天航空、机械加工、冶金、石油钻井、矿山工具、电子通讯、建筑等领域，但与高速钢刀具相比，硬质合金刀具的断裂韧性较差，限制了其在某些加工领域(尤其是攻丝加工)中的应用。但上述两种材料刀具在超精密以及超高速切削加工等苛刻环境条件下硬度和耐腐蚀性能不够，有待进一步提高。
技术实现要素：
本发明针对上述现有材料刀具的不足，提出一种三元硼化物复合涂层刀具及其制备方法，是以高速钢或硬质合金为基体，以非晶al-mg-b和tib2为复合涂层，采用磁控溅射方法获得的一种复合刀具，可以有效提高涂层与基体的结合力，可以提高刀具材料的耐磨损性能和切削加工性能。
本发明的技术方案：一种三元硼化物复合涂层刀具，包括高速钢或硬质合金基体；其特征在于：所述复合涂层刀具是通过磁控溅射在所述高速钢或硬质合金基体上依次涂覆tib2中间层和非晶al-mg-b薄膜外涂层构成。
三元硼化物复合涂层刀具的制备方法，其特征在于，制备方法如下：
(1)将纯al粉和mg粉按照比例进行充分混合，烧结形成almg复合靶；
(2)准备纯b靶和tib2靶；
(3)将almg复合靶、纯b靶和tib2靶安装进反应炉内；
(4)对高速钢或硬质合金基体进行喷丸处理；
(5)利用真空泵对反应炉内进行抽真空处理，并通过氩气管道充入高纯氩气；
(6)将装有基体刀具的支架放置反应炉内的工作台上；
(7)利用tib2靶在高速钢或硬质合金基体上溅射形成tib2中间层；
(8)利用almg复合靶和纯b靶在tib2中间层表面溅射形成非晶al-mg-b薄膜外涂层。
步骤(3)中所述almg复合靶和tib2靶的数量为1个，纯b靶的数量为2个。
步骤(5)中所述抽空处理的真空范围为5×10-4～7×10-4pa。
步骤(7)所述利用tib2靶在高速钢或硬质合金基体上溅射tib2中间层的溅射时间15min～20min。
步骤(8)中所述利用almg复合靶和纯b靶在tib2中间层表面溅射非晶al-mg-b薄膜外涂层的溅射时间1h～1.5h，almg复合靶的功率为22w，单个纯b靶的功率为300w。
本发明的有益效果为：本发明提出的一种三元硼化物复合涂层刀具及其制备方法，刀具整体结构上由高速钢或硬质合金基体、tib2中间层和非晶al-mg-b薄膜外涂层构成，通过tib2层的过渡，增强了非晶薄膜和基体之间的结合作用，提高了涂层和基体之间的结合力和刀具的切削性能，该刀具进行干切削时，刀具表面能形成具有润滑作用的连续固态润滑层，从而可达到减小摩擦、阻止粘结、降低切削力和切削温度、减小刀具磨损的目的。可广泛应用于干切削和难加工材料的切削加工，在超精密以及超高速切削加工等苛刻环境条件下具备良好的使用性能。
附图说明
图1为本发明反应炉结构示意图。
图2为本发明刀具分层结构示意图。
图中：工作台1、氩气管道2、真空泵3、纯b靶4、almg复合靶5、tib2靶6、复合涂层刀具7、高速钢或硬质合金基体7-1、tib2中间层7-2、非晶al-mg-b薄膜外涂层7-3。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-2所示，一种三元硼化物复合涂层刀具，是通过磁控溅射在高速钢或硬质合金基体7-1上依次涂覆tib2中间层7-2和非晶al-mg-b薄膜外涂层7-3构成。
如图1-2所示，三元硼化物复合涂层刀具的制备方法如下：
(1)将纯al粉和mg粉按照比例进行充分混合，烧结形成almg复合靶5；
(2)准备纯b靶4和tib2靶6；
(3)将almg复合靶5、纯b靶4和tib2靶6安装进反应炉内；
(4)对高速钢或硬质合金基体7-1进行喷丸处理；
(5)利用真空泵3对反应炉内进行抽真空处理，并通过氩气管道2充入高纯氩气；
(6)将装有基体刀具的支架放置反应炉内的工作台1上；
(7)利用tib2靶6在高速钢或硬质合金基体7-1上溅射形成tib2中间层7-2；
(8)利用almg复合靶5和纯b靶4在tib2中间层7-2表面溅射形成非晶al-mg-b薄膜外涂层7-3。
实施例1
将纯al粉和mg粉按照原子比1:1充分混合，烧结成almg复合靶。采用1个almg复合靶，2个纯b靶和1个tib2靶进行复合涂层制备。高速钢或硬质合金刀具经喷丸处理后，先采用tib2靶在基体上制备tib2中间层，tib2层的沉积参数：靶功率300w，沉积温度350℃，沉积气压0.7pa，负偏压150v；然后采用almg复合靶和双b靶制备非晶al-mg-b薄膜外涂层，从而形成具有复合涂层的刀具。
将刀具放置于旋转的工作台上，炉内抽真空至5×10-4pa后，充入高纯氩气，almg复合靶功率为22w，单个b靶功率为300w，沉积温度为700℃，沉积气压为1pa，负偏压为80v。tib2层溅射时间15min，非晶al-mg-b层溅射时间1h。得到刀具的表面平均硬度为35gpa，摩擦系数为0.14，膜基结合力为20n。
实施例2
将纯al粉和mg粉按照原子比1:1.2充分混合，烧结成almg复合靶。采用1个almg复合靶，2个纯b靶和1个tib2靶进行复合涂层制备。高速钢或硬质合金刀具经喷丸处理后，先采用tib2靶在基体上制备tib2中间层,tib2层的沉积参数：靶功率300w，沉积温度350℃，沉积气压0.7pa，负偏压150v；然后采用almg复合靶和双b靶制备非晶al-mg-b薄膜外涂层，从而形成具有复合涂层的刀具。
将刀具放置于旋转的工作台上，炉内抽真空至7×10-4pa后，充入高纯氩气，almg复合靶功率为22w，单个b靶功率为300w，沉积温度为600℃，沉积气压为0.9pa，负偏压为60v。tib2层溅射时间20min，非晶al-mg-b层溅射时间1.5h。该刀具的表面平均硬度为40gpa，摩擦系数为0.1，膜基结合力为25n。