專利名稱：軟硬復(fù)合涂層刀具及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機械切削刀具制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種軟硬復(fù)合涂層刀具及其
制備方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)涂層材料的性質(zhì)，涂層刀具又可分為兩大類，S卩"硬"涂層刀具和"軟"涂層 刀具。"硬"涂層刀具追求的主要目標(biāo)是高的硬度和耐磨性，其主要優(yōu)點是硬度高、耐磨性能 好，典型的"硬"涂層物質(zhì)有TiC、 TiN、 TiCN、 A1203和TiAlN等。"軟"涂層刀具追求的目標(biāo) 是低摩擦系數(shù)，也稱為自潤滑刀具，典型的"軟"涂層物質(zhì)是具有低摩擦系數(shù)的固體潤滑材 料(如MoS2、WS2、BN、TaS2等)。當(dāng)前刀具涂層的發(fā)展趨勢是涂層成分趨于多元化和復(fù)合 化。復(fù)合涂層可綜合單涂層的優(yōu)點，復(fù)合多涂層及其相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)，使涂層既可提高與基 體的結(jié)合強度又具有多種材料的綜合性能，使涂層刀具的性能有了很大提高。
中國專利(專利號ZL 200610068975. 3)報道了"自潤滑復(fù)合軟涂層刀具及其制備 方法"，它是采用中頻磁控+多弧法鍍膜方法制備的MoS2/Zr/Ti復(fù)合涂層刀具，刀具表面為 MoS2層，MoS2層與刀具基體之間具有Ti、 MoS2/Zr/Ti和MoS2/Zr過渡層。該刀具進行干切 削時，刀具表面能形成具有潤滑作用的連續(xù)固態(tài)潤滑層，從而實現(xiàn)刀具的自潤滑功能。文獻 (International Journal of Refractory Metals&Hard Materials. 2008，26(3) :164-172) 報道了ZrN硬涂層刀具。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種MoS2/ZrN軟硬復(fù)合涂層刀 具及其制備方法。該刀具表面的涂層為MoS2軟涂層和ZrN硬涂層的復(fù)合，屬于多層結(jié)構(gòu)。 這種軟硬復(fù)合涂層綜合了 MoS2軟涂層和ZrN硬涂層的優(yōu)點，既具有較低的摩擦系數(shù)，又具 有較高的硬度，使涂層刀具的性能有了較大提高。
本發(fā)明是通過以下方式實現(xiàn)的。 軟硬復(fù)合涂層刀具的制備方法，其特征在于沉積方式為中頻磁控沉積MoS2軟涂 層+電弧法鍍Ti過渡層和ZrN硬涂層，其制備方法的步驟為 (1)前處理將刀具基體材料拋光至鏡面，去除表面污染層，依次放入酒精和丙酮 中，超聲清洗各15min，去除表面汗?jié)n和油污，干燥充分后迅速放入鍍膜機真空室，真空室本 底真空7. 0X10—3pa，加熱至200。C，保溫30 40min ; (2)離子清洗通Ar氣，其壓力為0. 6 1. 5Pa，開啟偏壓電源，電壓800 900V， 占空比0. 2，輝光放電清洗15min ;偏壓降低至200V/0. 2，開啟離子源離子清洗15min，開啟 電弧源，偏壓400V，靶電流50A，離子轟擊Ti靶0. 5min ; (3)沉積Ti :調(diào)整Ar氣壓至0. 4 0. 5Pa，偏壓降低至150V，電弧鍍Ti 2 6min ;
(4)沉積ZrN :調(diào)整工作氣壓為O. 4 0. 5Pa，偏壓150V， Zr靶的靶電流80 100A ; 開啟N2，調(diào)整N2與Ar氣的分壓為1 : 1，沉積溫度220 260°C ，電弧鍍ZrN60 80min ;
(5)沉積MoS2 :開啟MoS2耙，偏壓調(diào)至200V，關(guān)閉離子源，關(guān)閉Zr耙，沉積溫度 150 220°C，中頻磁控沉積MoS280 150min。 (6)后處理關(guān)閉MoS2革巴，開離子源轟擊5 8min。關(guān)閉各電源、離子源及氣體源， 涂層結(jié)束。 通過上述方法制備的軟硬復(fù)合涂層刀具，刀具表面為MoS2軟涂層，MoS2層與刀具 基體間有Ti過渡層和ZrN硬涂層。Ti過渡層可減小殘余應(yīng)力，增加涂層與刀具基體間的結(jié) 合強度。這種軟硬復(fù)合涂層綜合了 MoS2軟涂層和ZrN硬涂層的優(yōu)點，既具有較低的摩擦系 數(shù)，又具有較高的硬度，使涂層刀具的性能有了較大提高。該刀具進行干切削時，刀具表面 能形成具有潤滑作用的連續(xù)固態(tài)潤滑層，從而可達到減小摩擦、阻止粘結(jié)、降低切削力和切 削溫度、減小刀具磨損的目的。該軟硬復(fù)合涂層刀具可廣泛應(yīng)用于干切削和難加工材料的 切削加工。


圖1為本發(fā)明的軟硬復(fù)合涂層刀具的涂層結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為刀具基體、2為 Ti過渡層、3為ZrN硬涂層、4為MoS2軟涂層。
具體實施例方式
下面給出本發(fā)明的二個最佳實施例 實施例一 一種軟硬復(fù)合涂層刀具及其制備方法，該刀具的基體材料為W18Cr4V 高速鋼；涂層材料為ZrN和MoS2 ;沉積方式為中頻磁控Mo^軟涂層+電弧法鍍膜Ti過渡 層和ZrN硬涂層。其制備方法的步驟如下 (1)前處理將W18Cr4V高速鋼刀具基體材料拋光至鏡面，去除表面污染層，依次 放入酒精和丙酮中，超聲清洗各15min，去除表面汗?jié)n和油污，干燥充分后迅速放入鍍膜機 真空室，真空室本底真空7. 0X 10—3Pa，加熱至200°C ，保溫30min ; (2)離子清洗通Ar氣，其壓力為0. 8Pa，開啟偏壓電源，電壓800V，占空比0. 2， 輝光放電清洗15min ;偏壓降低至200V/0. 2，開啟離子源離子清洗15min，開啟電弧源，偏壓 400V，耙電流50A，離子轟擊Ti耙0. 5min ; (3)沉積Ti :調(diào)整Ar氣壓至0. 4 0. 5Pa，偏壓降低至150V，電弧鍍Ti 3min ;
(4)沉積ZrN :調(diào)整工作氣壓為0. 4 0. 5Pa，偏壓150V， Zr靶的靶電流80A ;開啟 N2，調(diào)整N2與Ar氣的分壓為1 : 1，沉積溫度220°C ，電弧鍍ZrN 65min ;
(5)沉積MoS2 :開啟MoS2耙，偏壓調(diào)至200V，關(guān)閉離子源，關(guān)閉Zr耙，沉積溫度 160°C ，中頻磁控沉積MoS2 80min。 (6)后處理關(guān)閉MoS2靶，開離子源轟擊5min。關(guān)閉各電源、離子源及氣體源，涂
層結(jié)束。 實施例二 一種軟硬復(fù)合涂層刀具及其制備方法，該刀具的基體材料為YT14硬 質(zhì)合金；涂層材料為ZrN和MoS2 ;沉積方式為中頻磁控MoS2軟涂層+電弧法鍍膜Ti過渡 層和ZrN硬涂層。其制備工藝步驟如下 (1)前處理將YT14硬質(zhì)合金基體材料拋光至鏡面，去除表面污染層，依次放入酒 精和丙酮中，超聲清洗各15min，去除表面汗?jié)n和油污，干燥充分后迅速放入鍍膜機真空室，真空室本底真空7. 0X 10—3Pa，加熱至200°C ，保溫40min ; (2)離子清洗通Ar氣，其壓力為1. 0Pa，開啟偏壓電源，電壓900V，占空比0. 2， 輝光放電清洗15min ;偏壓降低至200V/0. 2，開啟離子源離子清洗15min，開啟電弧源，偏壓 400V，耙電流50A，離子轟擊Ti耙0. 5min ; (3)沉積Ti :調(diào)整Ar氣壓至0. 4 0. 5Pa，偏壓降低至150V，電弧鍍Ti 5min ;
(4)沉積ZrN :調(diào)整工作氣壓為0. 4 0. 5Pa，偏壓150V， Zr靶的靶電流90A ;開啟 N2，調(diào)整N2與Ar氣的分壓為1 : 1，沉積溫度250°C ，電弧鍍ZrN 80min ;
(5)沉積MoS2 :開啟MoS2耙，偏壓調(diào)至200V，關(guān)閉離子源，關(guān)閉Zr耙，沉積溫度 160°C ，中頻磁控沉積MoS2 120min。 (6)后處理關(guān)閉MoS2靶，開離子源轟擊8min。關(guān)閉各電源、離子源及氣體源，涂
層結(jié)束。
權(quán)利要求
軟硬復(fù)合涂層刀具，基體材料為高速鋼或硬質(zhì)合金，其特征是涂層材料為ZrN和MoS2；刀具表面為MoS2軟涂層，MoS2軟層與刀具基體之間有Ti過渡層和ZrN硬涂層。
2. 軟硬復(fù)合涂層刀具的制備方法，其特征在于沉積方式為中頻磁控沉積1052軟涂層+ 電弧法鍍Ti過渡層和ZrN硬涂層，其制備方法的步驟為(1) 前處理將刀具基體材料拋光至鏡面，去除表面污染層，依次放入酒精和丙酮中， 超聲清洗各15min，去除表面汗?jié)n和油污，干燥充分后迅速放入鍍膜機真空室，真空室本底 真空7. 0X10—3pa，加熱至200。C，保溫30 40min ;(2) 離子清洗通Ar氣，其壓力為0. 6 1. 5Pa，開啟偏壓電源，電壓800 900V，占空 比0. 2，輝光放電清洗15min ;偏壓降低至200V/0. 2，開啟離子源離子清洗15min，開啟電弧 源，偏壓400V，耙電流50A，離子轟擊Ti靶0. 5min ;(3) 沉積Ti :調(diào)整Ar氣壓至0. 4 0. 5Pa，偏壓降低至150V，電弧鍍Ti 2 6min ;(4) 沉積ZrN :調(diào)整工作氣壓為0. 4 0. 5Pa，偏壓150V，Zr靶的靶電流80 100A ;開 啟N2，調(diào)整N2與Ar氣的分壓為1 : 1，沉積溫度220 260°C ，電弧鍍ZrN 60 80min ;(5) 沉積MoS2 :開啟MoS2耙，偏壓調(diào)至200V，關(guān)閉離子源，關(guān)閉Zr耙，沉積溫度150 220°C，中頻磁控沉積MoS2 80 150min ;(6) 后處理關(guān)閉MoS2靶，開離子源轟擊5 8min。關(guān)閉各電源、離子源及氣體源，涂 層結(jié)束。
全文摘要
本發(fā)明屬于機械切削刀具制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種軟硬復(fù)合涂層刀具及其制備方法。該刀具為基體材料為高速鋼或硬質(zhì)合金，其特征是涂層材料為ZrN和MoS2；刀具表面為MoS2軟涂層，MoS2軟層與刀具基體之間有Ti過渡層和ZrN硬涂層。屬于多層結(jié)構(gòu)，這種軟硬復(fù)合涂層綜合了MoS2軟涂層和ZrN硬涂層的優(yōu)點，既具有較低的摩擦系數(shù)，又具有較高的硬度，使涂層刀具的性能有了較大提高。該刀具進行干切削時，刀具表面能形成具有潤滑作用的連續(xù)固態(tài)潤滑層，從而可達到減小摩擦、阻止粘結(jié)、降低切削力和切削溫度、減小刀具磨損的目的。該軟硬復(fù)合涂層刀具可廣泛應(yīng)用于干切削和難加工材料的切削加工。
文檔編號B32B9/00GK101746101SQ20091025
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者馮斌, 宋文龍, 宋良煜, 湯立民, 鄧建新, 陳倫, 顏培 申請人:山東大學(xué)