一種刀具表面化學(xué)氣相沉積氮化釩涂層的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種新的氮化釩涂層制備方法，特別是一種刀具表面化學(xué)氣相沉積氮 化釩涂層的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 當(dāng)今，刀具涂層制備技術(shù)主要有化學(xué)熱處理法、熱噴涂法、熱反應(yīng)擴散沉積法、溶 膠-凝膠法、氣相沉積法等。其中，氣相沉積法以其制備的涂層質(zhì)量好，已經(jīng)逐漸成為涂層 制備的主導(dǎo)。氣相沉積又分為化學(xué)氣相沉積（CVD)和物理氣相沉積（PVD)。刀具涂層的發(fā) 展呈涂層成分的多元化、涂層結(jié)構(gòu)的多層化、涂層基體的梯度化趨勢。
[0003] 從人們最先應(yīng)用在刀具上的涂層為TiC、TiN，因其與基體結(jié)合牢固，這兩種單層膜 迅速實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。隨后的TiCN涂層出現(xiàn)，其顯微硬度高達HV3000,進一步提高了涂 層的性能。同時期的A1203涂層，以其高溫性能好，備受關(guān)注，應(yīng)用前景也很廣闊。當(dāng)前，應(yīng) 用最多的TiAIN三元涂層，可以通過調(diào)整A1元素的成分比例來獲得不同的膜層性能；而在 Ti-N中加入A1、C元素，即可形成TiAlCN的四元膜層，它具有良好的熱穩(wěn)定性、高耐磨性和 低摩擦性。由于單一涂層已經(jīng)不能滿足更為復(fù)雜的加工要求，因此，有研究人員思考將兩種 或多種涂層相疊加，制備出了多組分復(fù)合膜和多層（梯度）膜體系，逐步實現(xiàn)了綜合性能均 衡化。如：伊斯卡公司研發(fā)了底層為TiCN，中間層為A1203,頂層為TiN的TiCN-Al203_TiN復(fù) 合涂層。TiCN改善了刀具的耐磨性，A1203作為熱屏障。為了改進這種基礎(chǔ)涂層，伊斯卡還 采用了專門的后處理工藝，以生成既耐磨又耐熱的光滑表面。
[0004] 以上所述現(xiàn)有的涂層，存在一些缺陷。具體表現(xiàn)在，在切削過程中切削區(qū)的溫度 高、粘刀嚴重、磨損快、切削困難，且工件切削表面質(zhì)量不高，其主要原因是切削過程中摩擦 系數(shù)過大。因此，迫切需要尋找一種低摩擦系數(shù)的硬質(zhì)刀具涂層來代替現(xiàn)有的硬質(zhì)刀具涂 層。
[0005] 氮化釩涂層具有顯著的高溫自潤滑性，N.Fateh等人介紹了VN涂層的高溫摩擦性 能，在700°C的溫度下摩擦系數(shù)為0. 25-0. 27,具有極好的高溫自潤滑性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明提供了一種刀具表面化學(xué)氣相沉積氮化釩涂層的方法，其特征在于：利用 釩的氧化物加熱氣化后，引入還原、氮化氣體，從而達到在刀具表面沉積涂層的目的。
[0007] 所述的釩的氧化物為V205，其固態(tài)700°C以上顯著揮發(fā)，溫度大于670°C時，開始進 行如下反應(yīng)：
【主權(quán)項】
1. 一種刀具表面化學(xué)氣相沉積氮化釩涂層的方法，其特征在于所述方法包括： (1) 將刀具置于化學(xué)氣相沉積設(shè)備中； (2) 加熱 V2O5 ; (3) 對V2O5進行還原； (4) 進行氮化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于加熱V2O5到700°C以上；利用H2對V 2O5進 行還原；利用N2進行氮化。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：初始加熱溫度要在700°C以上，沉積溫度 在900°C以上。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于：反應(yīng)在正或負壓下進行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：沉積過程中，N2的流量為200ml/min，H2 的流量為200ml/min。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：沉積時間為60min-120min。
7. -種表面化學(xué)氣相沉積氮化釩涂層的刀具，其特征在于所述刀具是通過權(quán)利要求 1-6任一所述的方法制備得到。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種刀具表面化學(xué)氣相沉積氮化釩涂層的方法，所述方法包括將刀具置于化學(xué)氣相沉積設(shè)備中，利用V2O5加熱到700℃以上易揮發(fā)的性質(zhì)，對其進行加熱到700℃以上，通入H2對V2O5進行還原，生成V、通入N2對V進行氮化，生成VN，從而達到在刀具表面沉積氮化釩涂層的目的。本發(fā)明設(shè)備投資小，操作簡單，沉積速度快，節(jié)省能源，有較好的經(jīng)濟效益。
【IPC分類】C23C16-02, C23C16-34, C23C16-56
【公開號】CN104651804
【申請?zhí)枴緾N201410673450
【發(fā)明人】徐先鋒, 李輝
【申請人】華東交通大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2014年11月21日