一种涂层及其制备方法与流程

本发明涉及材料切削领域，特别是涉及一种涂层及其制备方法。

背景技术：

1、现代切削工具例如数控刀具所采用的材料一般为高速钢、硬质合金、陶瓷等材料，利用切削工具对金属机械或者其他材料进行切削加工时，在某些情况下，上述切削工具的硬度已不能满足对其他物品进行铣削加工。

2、为了增加切削工具的硬度，目前对切削工具表面进行涂层处理，这些涂层一般使用cvd(化学气相沉积)工艺和/或pvd(物理气相沉积)工艺施加，使得具有涂层的切削工具拥有更长的使用寿命，且切削工具涂层一般选用含alcrn成分的涂层，这种涂层因其具有高硬度、高耐磨性、高抗氧化能力等优点在材料切削领域得到广泛应用。

3、但将具有alcrn成分涂层的切削工具应用至铣削加工p20钢或者更高硬度的材料时，涂层硬度不高，耐磨性能较差，切削工具磨损快，使用寿命不足以满足生产需要。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对切削工具表面涂层硬度低，耐磨性差的问题，提供一种涂层及其制备方法。

2、一种涂层，包覆于切削工具表面，包括依次设置的基层、功能层以及外层，其中：

3、所述基层为alcrn层，涂覆于所述切削工具表面；

4、所述功能层包括第一层和第二层，所述第一层与所述第二层交错层叠循环多次，所述第一层位于所述基层背离所述切削工具的一侧，所述第一层为alcrn层，所述第二层为alcrn层和tisibnbn层的复合层；

5、所述外层为tisibnbn层，位于所述第二层背离所述第一层的一侧。

6、上述涂层，通过将基层设为耐磨性好、抗氧化性好的alcrn，有助于提高涂层硬度，并使涂层耐磨性能得到提高；以及将功能层设为交错层叠循环多次的第一层和第二层，第一层为alcrn层，第二层为alcrn层与tisibnbn层的复合层，即功能层结合了alcrn的优良耐磨性和抗氧化性以及tisibnbn的高硬度、摩擦系数低的特点，一方面有助于提高涂层硬度和耐磨性，另一方面在对切削工具进行镀膜的过程中，涂层中含有nb元素有效缓解alcrn热分解的过程，并细化晶粒，有利于提高涂层的强度；将外层设为硬度高、摩擦系数低的tisibnbn层时，也有助于提高涂层硬度和耐磨性，从而当具有上述涂层的切削工具应用在铣削过程中时，会减少切削工具的磨损，利于保护切削工具，提高切削工具的使用寿命。

7、在其中一个实施方式中，所述第一层与所述第二层交错层叠的循环次数为3次-10次。

8、在其中一个实施方式中，所述第二层中的alcrn层与tisibnbn层的厚度均少于20nm，且alcrn层与tisibnbn层厚度比例为2：1。

9、在其中一个实施方式中，所述第一层与所述第二层层厚度比例为1：1。

10、在其中一个实施方式中，所述功能层总厚度在0.5um-3.0um。

11、在其中一个实施方式中，所述基层厚度在0.2um-2.0um。

12、在其中一个实施方式中，所述外层厚度在0.2um-1.0um。

13、在其中一个实施方式中，所述涂层总厚度在1um-5um。

14、另外，如图2所示，本发明还公开了一种上述任一实施例中的涂层的制备方法，与镀膜设备配合使用，包括如下步骤：

15、s1、提供一个基体样品；

16、s2、将所述基体样品置于以alxcry和tiasibbcnbd为靶材的所述镀膜设备内，其中x、y以及a、b、c、d是原子比，并且x+y＝1，0.5≤x≤0.7以及a+b+c+d＝1,0.5≤a≤0.8，0.1≤b≤0.4，0.02≤c≤0.1,0.01≤d≤0.1；

17、s3、在所述基体样品表面沉积基层；

18、s4、在所述基层表面沉积功能层；

19、s5、在所述功能层表面沉积外层。

20、上述涂层制备方法，先通过步骤s1提供一个基体样品以提供涂层附着的物品，即模拟实际过程中的切削工具；再通过步骤s2将基体样品置于以alxcry和tiasibbcnbd为靶材的镀膜设备内，以获得能提供立方氮化硼(cbn)和nb元素的靶材；然后通过步骤s3在基体样品表面沉积基层，以获得alcrn层；再通过步骤s4在基层表面沉积功能层，以获得交错层叠的第一层和第二层，使涂层具有特定的结构，便于后续缓解残余应力；接着通过步骤s5在功能层表面沉积外层，以获得tisibnbn；整个操作简单方便，可操作性强。以及通过上述方式获得的涂层具有立方相氮化硼，有助于提高涂层硬度，涂层还具有nb元素，能有效缓解alcrn热分解的过程，并细化晶粒，有利于提高涂层的强度，以及涂层设为特定结构比例的纳米多层，即特定结构比例的基层、功能层以及外层，能有缓解效涂层残余应力。

21、在其中一个实施方式中，在步骤s1后且在步骤s2之前，还包括如下步骤：对所述基体样品进行离子轰击清洗。

技术特征：

1.一种涂层，包覆于切削工具表面，其特征在于，包括依次设置的基层、功能层以及外层，其中：

2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述第一层与所述第二层交错层叠的循环次数为3次-10次。

3.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述第二层中的alcrn层与tisibnbn层的厚度均少于20nm，且alcrn层与tisibnbn层厚度比例为2：1。

4.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述第一层与所述第二层层厚度比例为1：1。

5.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述功能层总厚度在0.5um-3.0um。

6.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述基层厚度在0.2um-2.0um。

7.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述外层厚度在0.2um-1.0um。

8.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述涂层总厚度在1um-5um。

9.一种如权利要求1至8任一项所述的涂层的制备方法，与镀膜设备配合使用，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的涂层制备方法，其特征在于，在步骤s1后且在步骤s2之前，还包括如下步骤：对所述基体样品进行离子轰击清洗。

技术总结
本发明涉及一种涂层，包覆于切削工具表面，包括依次设置的基层、功能层以及外层，其中：基层为AlCrN层，涂覆于切削工具表面；功能层包括第一层和第二层，第一层与第二层交错层叠循环多次，第一层位于基层背离切削工具的一侧，第一层为AlCrN层，第二层为AlCrN层和TiSiBNbN层的复合层；外层为TiSiBNbN层，位于第二层背离第一层的一侧，通过上述方式获得的涂层具有立方相氮化硼，有助于提高涂层硬度，涂层还具有Nb元素，能有效缓解AlCrN热分解的过程，并细化晶粒，有利于提高涂层的强度，以及涂层设为特定结构比例的纳米多层，即特定结构比例的基层、功能层以及外层，能有缓解效涂层残余应力。

技术研发人员：李立升,张家权
受保护的技术使用者：广东华升纳米科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13