本發(fā)明屬于金屬表面涂層技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種采用多弧離子鍍技術(shù)沉積一種zrcrn/zraln疊層刀具涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)機(jī)械部件提出了更高的綜合性能要求，但有些要求往往超出了單一材料可以達(dá)到的性能范圍。例如，對(duì)于在高溫環(huán)境中使用的部件，除了要求其有較高的高溫強(qiáng)度外，還要求它具有良好的抗高溫氧化、腐蝕、沖蝕和磨損的能力。對(duì)于在劇烈磨損環(huán)境中使用的工具，則對(duì)其在高溫強(qiáng)度、韌性、耐磨性等方面都提出了比以前更高的要求。單一的材料往往不可能滿足上述的所有性能要求，而采用涂層方法制備的材料組合則可以有效地發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免各自的局限性。
最早的硬質(zhì)耐磨涂層一般是應(yīng)用在合金刀具上，在刀具基體上涂覆一層高硬物質(zhì)涂層，提高刀具表面的耐磨性，抗粘合性，抗氧化性以及減小摩擦系數(shù)，從而提高了刀具的使用壽命。隨著涂層技術(shù)的不斷發(fā)展與完善以及耐磨涂層材料的開發(fā)，越來越多的涂層應(yīng)用于需要耐磨及防護(hù)的機(jī)械零部件上來提高材料的耐磨、耐熱和防腐性能。發(fā)展新型涂層材料和涂層制備技術(shù)一直是涂層技術(shù)重要內(nèi)容，本發(fā)明就提供了一種新型的應(yīng)用于刀具的涂層。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種在硬質(zhì)合金刀具表面涂覆了zrcrn/zraln疊層的刀具涂層及其制備方法。本發(fā)明的具體技術(shù)方案如下所述。
本發(fā)明提供一種zrcrn/zraln疊層刀具涂層，所述的zrcrn/zraln疊層涂層從基體到表層依次為：cr/crn過渡層、及zrcrn層和zraln層交替層疊的涂層。單層涂層厚度為40～80nm，涂層總厚度為3～4微米。
本發(fā)明還提供一種上述納米復(fù)合鋯鋁鉻氮化物涂層的制備方法，其具體步驟如下：
(1)將清洗后的刀具均勻的固定在工件架上，裝入多弧離子鍍鍍膜機(jī)中，調(diào)節(jié)工件架轉(zhuǎn)速為10-165r/min。抽至本底真空5×10-4pa，通入ar氣調(diào)節(jié)腔體氣壓至0.1-0.5pa，同時(shí)打開加熱器升溫至350-450℃。
(2)對(duì)基體施加400-600v負(fù)偏壓，濺射基體600-800s,濺射功率5-7kw。
(3)沉積cr/crn過渡層：降低基體負(fù)偏壓至280-320v，通入n2，關(guān)閉ar氣，調(diào)節(jié)腔體氣壓至1-3pa，溫度升高至450-550℃。使鉻靶通電，靶電流50～60a，沉積cr/crn過渡層600-800s。
(4)沉積zrcrn層：使鋯靶通電，靶電流90～100a，沉積zrcrn層600-800s。
(5)沉積zraln層：關(guān)閉鉻靶，使鋁靶通電，靶電流50～60a，沉積zrcrn層600-800s。
(6)沉積zrcrn層：關(guān)閉鋁靶，使鉻靶通電，靶電流50～60a，沉積zrcrn層600-800s。
(7)重復(fù)(5)、(6)步驟……交替沉積zrcrn、zraln涂層共110～130min
(8)沉積結(jié)束后使刀具隨爐冷卻至150℃以下取出。
在上述刀具涂層制備之前需要對(duì)基體進(jìn)行預(yù)處理，具體工藝為：將預(yù)鍍刀具放入盛有濃度為95％的酒精的超聲波清洗機(jī)中清洗5min，接著將取出的刀具烘干。
本發(fā)明可通過改變涂層中各元素組分的含量調(diào)節(jié)涂層的顯微結(jié)構(gòu)、硬度和抗高溫氧化的性能，可以適應(yīng)不同的切削環(huán)境和加工條件。
本發(fā)明的有益效果是：可以提高涂層與基體的結(jié)合力，使用本發(fā)明所述涂層涂覆的刀具，切削速度和使用壽命可大幅度提高；通過調(diào)節(jié)涂層的顯微結(jié)構(gòu)，可適用于各種不同的切削環(huán)境和加工條件。
附圖說明
圖1為本發(fā)明涂層結(jié)構(gòu)sem圖像；
圖中，1為基體，2為cr/crn過渡層，3、5、7、9、11、13、17、19、21為zrcrn涂層，2、4、6、8、10、12、14、16、18、20、22為zraln涂層。
具體實(shí)施方式
為了更好的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面用具體實(shí)施例來進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1
本實(shí)施例是在wc/co硬質(zhì)合金刀具基體上沉積zrcrn/zraln疊層刀具涂層。本發(fā)明所述的zrcrn/zraln疊層涂層從基體到表層依次為：cr/crn過渡層、zrcrn層、zraln層……zrcrn層、zraln層。單層涂層厚度為40～80nm，涂層總厚度為3～4微米。
本實(shí)施例涉及的基體預(yù)處理工藝為：將預(yù)鍍刀具放入盛有濃度為95％的酒精的超聲波清洗機(jī)中清洗5min，接著將取出的刀具烘干。
本實(shí)施例的鍍膜步驟為：
(1)將清洗后的刀具均勻的固定在工件架上，裝入多弧離子鍍鍍膜機(jī)中，調(diào)節(jié)工件架轉(zhuǎn)速為10-165r/min。抽至本底真空5×10-4pa，通入ar氣調(diào)節(jié)腔體氣壓至0.1-0.5pa，同時(shí)打開加熱器升溫至350-450℃。
(2)對(duì)基體施加400-600v負(fù)偏壓，濺射基體600-800s,濺射功率5-7kw。
(3)沉積cr/crn過渡層：降低基體負(fù)偏壓至280-320v，通入n2，關(guān)閉ar氣，調(diào)節(jié)腔體氣壓至1-3pa，溫度升高至450-550℃。使鉻靶通電，靶電流50～60a，沉積cr/crn過渡層600-800s。
(4)沉積zrcrn層：使鋯靶通電，靶電流90～100a，沉積zrcrn層600-800s。
(5)沉積zraln層：關(guān)閉鉻靶，使鋁靶通電，靶電流50～60a，沉積zrcrn層600-800s。
(6)沉積zrcrn層：關(guān)閉鋁靶，使鉻靶通電，靶電流50～60a，沉積zrcrn層600-800s。
(7)重復(fù)(5)、(6)步驟……交替沉積zrcrn、zraln涂層共110～130min
(8)沉積結(jié)束后使刀具隨爐冷卻至150℃以下取出。
實(shí)施例2
在yg8硬質(zhì)合金立銑刀表面沉積本發(fā)明所述的zrcrn/zraln疊層涂層，與在相同硬質(zhì)合金立銑刀表面沉積氮化鋯硬質(zhì)涂層以及未涂層刀具各取三支，進(jìn)行刀具壽命與耐磨性測(cè)試。耐磨性測(cè)試條件為：刀具為φ5mm4刃立銑刀,被切工件為4cr5mosiv(58hrc),干銑削,順銑,切削速度為350m/min，每齒切削量為0.05mm/z，徑向進(jìn)給量為0.20mm，軸向進(jìn)給量為2mm，加工長(zhǎng)度為80m。
測(cè)試結(jié)果表明：用本發(fā)明所述的zrcrn/zraln疊層涂層涂覆的刀具刀面磨損值為0.18mm，涂覆氮化鋯涂層的刀具刀面磨損值為0.38，未涂層刀具刀面磨損值為0.86。本發(fā)明所述的zrcrn/zraln疊層涂層涂覆的刀具耐磨性被大幅提高。
壽命測(cè)試條件為：刀具為φ5mm4刃立銑刀,被切工件為4cr5mosiv(58hrc),干銑削,順銑,切削速度為350m/min，每齒切削量為0.05mm/z，徑向進(jìn)給量為0.20mm，軸向進(jìn)給量為2mm。
測(cè)試結(jié)果表明：在相同的實(shí)驗(yàn)條件下，用本發(fā)明所述的zrcrn/zraln疊層涂層涂覆的刀具銑削長(zhǎng)度達(dá)到了960m，涂覆氮化鋯涂層的刀具銑削長(zhǎng)度為520m，未涂層刀具銑削長(zhǎng)度僅有230m。本發(fā)明所述的zrcrn/zraln疊層涂層涂覆的刀具壽命被大幅提高。
實(shí)施例3
在yg8硬質(zhì)合金立銑刀表面沉積本發(fā)明所述的zrcrn/zraln疊層涂層，用劃痕法測(cè)試涂層的結(jié)合力，測(cè)試結(jié)果表明：本發(fā)明所述涂層的臨界載荷可達(dá)138n。