TiCrN+MoS₂/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具及其制備工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于機(jī)械制造金屬切削刀具領(lǐng)域，特別是涉及一種TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具及其制備工藝。TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具，刀具基體材料為高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷或立方氮化硼，由基體到涂層表面依次為：Ti過(guò)渡層、Cr/Ti過(guò)渡層、TiCrN硬質(zhì)涂層、Cr/Ti過(guò)渡層、MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層。其綜合了TiCrN多元硬質(zhì)涂層刀具和MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層刀具的優(yōu)點(diǎn)，既具有較高的硬度，又具有潤(rùn)滑作用和較低的摩擦系數(shù)，使涂層刀具的切削性能有了顯著地提高。
【專利說(shuō)明】
T i CrN+MoS2/Cr/T i組合潤(rùn)滑涂層刀具及其制備工藝
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于機(jī)械制造金屬切削刀具領(lǐng)域，特別是涉及一種TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具及其制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)涂層材料的性質(zhì)，涂層刀具可分為兩大類，即:“高硬度”涂層刀具和“潤(rùn)滑”涂層刀具?！案哂捕取蓖繉拥毒咂渲饕獌?yōu)點(diǎn)是硬度高、耐磨性能好，典型的“高硬度”涂層材料有TiN、TiCN、TiAlN和類金剛石等?！皾?rùn)滑”涂層刀具追求的目標(biāo)是低摩擦系數(shù)，典型的“潤(rùn)滑”涂層材料為具有低摩擦系數(shù)的固體潤(rùn)滑材料(如:MoS2、WS2、TaS2等硫化物)。當(dāng)前刀具涂層的發(fā)展趨勢(shì)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(diǎn)，復(fù)合多涂層及其相關(guān)技術(shù)的出現(xiàn)，既可提高涂層與基體的結(jié)合強(qiáng)度，又兼顧多種單涂層的綜合性能，使涂層刀具的性能顯著提高。
[0003]中國(guó)專利(專利號(hào)ZL2006 I 0068975.3)報(bào)道了“自潤(rùn)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/Cr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過(guò)渡層。該刀具在無(wú)切削液冷卻、潤(rùn)滑的切削過(guò)程中，能夠在刀具表面能形成具有潤(rùn)滑作用的潤(rùn)滑膜，從而實(shí)現(xiàn)刀具自身的潤(rùn)滑功能，但是這種潤(rùn)滑涂層硬度較低而導(dǎo)致刀具涂層尤其是后刀面涂層的使用壽命不長(zhǎng)。文獻(xiàn)(ActaMaterials.2011,59(1):68-74)報(bào)道了TiN硬涂層刀具切削加工時(shí)的作用機(jī)理及使用性能，但是這種硬涂層由于相對(duì)較高的摩擦系數(shù)，限制了其廣泛使用。中國(guó)專利TiN+MoS2/Zr組合涂層刀具(專利號(hào)ZL201110081977.7)采用中頻磁控濺射與電弧鍍復(fù)合鍍膜方法制備的TiN+MoS2/Zr組合涂層刀具，但該組合涂層在干切削超硬材料時(shí)刀具使用壽命仍無(wú)法滿足實(shí)際使用需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有涂層刀具技術(shù)的不足，結(jié)合多元硬質(zhì)涂層和潤(rùn)滑涂層的優(yōu)點(diǎn)，提供一種TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具及其制備工藝。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)的:
[0006]TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具，刀具基體材料為高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷或立方氮化硼，由基體到涂層表面依次為:Ti過(guò)渡層、Cr/Ti過(guò)渡層、TiCrN硬質(zhì)涂層、Cr/Ti過(guò)渡層、MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層。
[0007]TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具的制備工藝，沉積方式為采用電弧鍍與中頻磁控濺射復(fù)合鍍膜方法制備組合涂層，包括I個(gè)Ti靶電弧靶，一個(gè)Cr靶電弧靶，2個(gè)MoS2中頻濺射靶:電弧離子鍍沉積T1、Cr/Ti過(guò)渡層、TiCrN硬質(zhì)涂層和Cr/Ti過(guò)渡層，中頻磁控濺射MoS2及電弧離子鍍Cr、Ti復(fù)合沉積MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層。
[0008]具體包括以下步驟:
[0009]I)前處理:將刀具基體表面拋光，去除表面雜質(zhì)，然后依次放入酒精和丙酮中，超聲清洗，經(jīng)干燥后迅速放入鍍膜機(jī)，抽真空至8.0 X 10—3Pa，加熱至300°C，保溫30?40min;
[0010]2)離子清洗:通Ar氣，其壓力為1.5Pa，開(kāi)啟偏壓電源，電壓700V，占空比0.2，輝光放電清洗15min;降低偏壓至500V，開(kāi)啟離子源離子清洗15min，開(kāi)啟Ti革E的電弧源，偏壓300V，靶電流50A，離子轟擊Ti靶Imin ；
[0011]3)沉積Ti過(guò)渡層:Ar氣壓0.5?0.6Pa，偏壓降至250V，Ti靶電流70A，沉積溫度230°C，電弧鍍Ti過(guò)渡層3?4min;
[0012]4)沉積Cr/Ti過(guò)渡層:Ar氣壓0.5?0.6Pa，偏壓250V，Ti靶電流100A，Cr靶電流80A，電弧鍍Cr/Ti過(guò)渡層4?5min;
[0013]5)沉積TiCrN硬質(zhì)涂層:Ar氣壓0.5Pa，偏壓220V，Ti靶的靶電流120A，Cr靶電流90A；開(kāi)啟N2，N2氣壓為1.2Pa，沉積溫度250?260°C，電弧鍍TiCrN硬質(zhì)涂層50?60min ；
[0014]6)沉積Cr/Ti過(guò)渡層:關(guān)閉N2，Ti靶電流100A，Cr靶電流80A，沉積Cr/Ti過(guò)渡層5min；
[0015]7)沉積MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層:開(kāi)啟MoS2靶中頻磁控濺射電源，電流1.5A，Ti靶電流80A，Cr靶電流70A，偏壓調(diào)至230V，沉積溫度280?300°C，復(fù)合沉積MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層30?40min;
[0016]8)后處理:關(guān)閉各電源、離子源及氣體源，涂層結(jié)束。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)效果:
[0018]該刀具的涂層為TiCrN硬涂層和MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層的組合，屬于多層結(jié)構(gòu)。該涂層采用電弧鍍和中頻磁控濺射復(fù)合鍍膜方法制備的TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具?；w上的Ti和Cr/Ti過(guò)渡層主要是提高組合潤(rùn)滑涂層與刀具基體間的結(jié)合性能，MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層與TiCrN涂層之間的Cr/Ti過(guò)渡層主要是減緩因涂層成分突變?cè)斐傻膶娱g應(yīng)力。這種組合潤(rùn)滑涂層刀具綜合了 TiCrN多元硬質(zhì)涂層刀具和MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層刀具的優(yōu)點(diǎn)，既具有較高的硬度，又具有潤(rùn)滑作用和較低的摩擦系數(shù)，使涂層刀具的切削性能有了顯著地提高。用這種組合潤(rùn)滑涂層刀具進(jìn)行干切削時(shí)，由于表面MoS2/Cr/Ti涂層本身具有潤(rùn)滑作用，可以減小刀具與切肩之間的摩擦，從而降低切削力和切削溫度，比傳統(tǒng)涂層刀具減小刀具磨損10-15%;同時(shí)，TiCrN高硬度涂層可提高M(jìn)oS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層的整體強(qiáng)度，減緩由于MoS2/Cr/Ti涂層本身硬度較低而造成的刀具涂層過(guò)早磨損，提高涂層使用壽命20%以上。該組合潤(rùn)滑涂層刀具可廣泛應(yīng)用于鋁合金、鈦合金等難加工有色金屬材料的干切削加工。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明的TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具的涂層結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中:I為刀具基體、2為Ti過(guò)渡層、3為Cr/Ti過(guò)渡層、4為TiCrN硬質(zhì)涂層、5為Cr/Ti過(guò)渡層、6為MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面給出本發(fā)明的最佳實(shí)施例:
[0022]實(shí)施例1
[0023]如圖1所示，一種TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具，該刀具為普通的銑刀片，其基體材料為:硬質(zhì)合金YT15;涂層材料為:TiCrN和MoS2/Cr/Ti。其沉積方式為采用電弧鍍與中頻磁控濺射復(fù)合鍍膜方法制備組合涂層，包括I個(gè)Ti靶電弧靶，一個(gè)Cr靶電弧靶，2個(gè)MoS2中頻濺射靶:電弧離子鍍沉積T1、Cr/Ti過(guò)渡層、TiCrN硬質(zhì)涂層和Cr/Ti過(guò)渡層，中頻磁控濺射(MoS2)及電弧離子鍍(0、11)復(fù)合沉積此&/0/11潤(rùn)滑涂層，其制備工藝為:
[0024]I)前處理:將刀具基體表面拋光，去除表面油污、銹跡等雜質(zhì)，然后依次放入酒精和丙酮中，超聲清洗各30min，去除刀具表面油污和其它附著物，電吹風(fēng)干燥充分后迅速放入鍍膜機(jī)，抽真空至8.0 X 10-3Pa，加熱至300°C，保溫30?40min ；
[0025]2)離子清洗:通Ar氣，其壓力為1.5Pa，開(kāi)啟偏壓電源，電壓700V，占空比0.2，輝光放電清洗15min;降低偏壓至500V，開(kāi)啟離子源離子清洗15min，開(kāi)啟Ti革E的電弧源，偏壓300V，靶電流50A，離子轟擊Ti靶Imin ；
[0026]3)沉積Ti過(guò)渡層:Ar氣壓0.5?0.6Pa，偏壓降至250V，Ti靶電流70A，沉積溫度230°C，電弧鍍Ti過(guò)渡層3?4min;
[0027]4)沉積Cr/Ti過(guò)渡層:Ar氣壓0.5?0.6Pa，偏壓250V，Ti靶電流100A，Cr靶電流80A，電弧鍍Cr/Ti過(guò)渡層4?5min;
[0028]5)沉積TiCrN硬質(zhì)涂層:Ar氣壓0.5Pa，偏壓220V，Ti靶的靶電流120A，Cr靶電流90A；開(kāi)啟N2，N2氣壓為1.2Pa，沉積溫度250?260°C，電弧鍍TiCrN 50?60min ；
[0029]6)沉積Cr/Ti過(guò)渡層:關(guān)閉N2，Ti靶電流100A，Cr靶電流80A，沉積Cr/Ti過(guò)渡層5min；
[0030]7)沉積MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層:開(kāi)啟MoS2靶中頻磁控濺射電源，電流1.5A，Ti靶電流80A，Cr靶電流70A，偏壓調(diào)至230V，沉積溫度280?300°C，復(fù)合沉積MoS2/Cr/Ti 30?40min ；
[0031]8)后處理:關(guān)閉各電源、離子源及氣體源，涂層結(jié)束。
[0032]實(shí)施例2
[0033]如圖1所示，一種TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具，該刀具為普通麻花鉆，其刀具基體材料為:高速鋼W18Cr4V;涂層材料為:TiCrN和MoS2/Cr/Ti。其沉積方式為采用電弧鍍與中頻磁控濺射復(fù)合鍍膜方法制備組合涂層，包括I個(gè)Ti靶電弧靶，一個(gè)Cr靶電弧靶，2個(gè)MoS2中頻濺射靶:電弧離子鍍沉積T1、Cr/Ti過(guò)渡層、TiCrN硬質(zhì)涂層和Cr/Ti過(guò)渡層，中頻磁控濺射(MoS2)及電弧離子鍍(&、11)復(fù)合沉積此&/(>/11潤(rùn)滑涂層，其制備工藝為:
[0034]I)前處理:將刀具基體表面拋光，去除表面油污、銹跡等雜質(zhì)，然后依次放入酒精和丙酮中，超聲清洗各30min，去除刀具表面油污和其它附著物，電吹風(fēng)干燥充分后迅速放入鍍膜機(jī)，抽真空至8.0 X 10-3Pa，加熱至300°C，保溫30?40min ；
[0035]2)離子清洗:通Ar氣，其壓力為1.5Pa，開(kāi)啟偏壓電源，電壓700V，占空比0.2，輝光放電清洗15min;降低偏壓至500V，開(kāi)啟離子源離子清洗15min，開(kāi)啟Ti革E的電弧源，偏壓300V，靶電流50A，離子轟擊Ti靶Imin ；
[0036]3)沉積Ti過(guò)渡層:Ar氣壓0.5?0.6Pa，偏壓降至250V，Ti靶電流70A，沉積溫度230°C，電弧鍍Ti過(guò)渡層3?4min;
[0037]4)沉積Cr/Ti過(guò)渡層:Ar氣壓0.5?0.6Pa，偏壓250V，Ti靶電流100A，Cr靶電流80A，電弧鍍Cr/Ti過(guò)渡層4?5min;
[0038]5)沉積TiCrN硬質(zhì)涂層:Ar氣壓0.5Pa，偏壓220V，Ti靶的靶電流120A，Cr靶電流90A；開(kāi)啟N2，N2氣壓為1.2Pa，沉積溫度250?260°C，電弧鍍TiCrN 50?60min ；
[0039]6)沉積Cr/Ti過(guò)渡層:關(guān)閉N2，Ti靶電流10A，Cr靶電流80A，沉積Cr/Ti過(guò)渡層5min；
[0040]7)沉積MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層:開(kāi)啟MoS2靶中頻磁控濺射電源，電流1.5A，Ti靶電流80A，Cr靶電流70A，偏壓調(diào)至230V，沉積溫度280?300°C，復(fù)合沉積MoS2/Cr/Ti 30?40min ；
[0041]8)后處理:關(guān)閉各電源、離子源及氣體源，涂層結(jié)束。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具，刀具基體材料為高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷或立方氮化硼，其特征在于，由基體到涂層表面依次為:Ti過(guò)渡層、Cr/Ti過(guò)渡層、TiCrN硬質(zhì)涂層、Cr/Ti過(guò)渡層、MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層。2.如權(quán)利要求1所述TiCrN+M0S2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具的制備工藝，其特征在于，沉積方式為采用電弧鍍與中頻磁控濺射復(fù)合鍍膜方法制備組合涂層，包括I個(gè)Ti靶電弧靶，一個(gè)Cr靶電弧靶，2個(gè)MoS2中頻濺射靶:電弧離子鍍沉積T1、Cr/Ti過(guò)渡層、TiCrN硬質(zhì)涂層和Cr/Ti過(guò)渡層，中頻磁控濺射MoS2及電弧離子鍍Cr、Ti復(fù)合沉積MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的TiCrN+MoS2/Cr/Ti組合潤(rùn)滑涂層刀具的制備工藝，其特征在于，具體包括以下步驟: 1)前處理:將刀具基體表面拋光，去除表面雜質(zhì)，然后依次放入酒精和丙酮中，超聲清洗，經(jīng)干燥后迅速放入鍍膜機(jī)，抽真空至8.0 X 10—3Pa，加熱至300°C，保溫30?40min; 2)離子清洗:通Ar氣，其壓力為1.5Pa，開(kāi)啟偏壓電源，電壓700V，占空比0.2，輝光放電清洗15min;降低偏壓至500V，開(kāi)啟離子源離子清洗15min，開(kāi)啟Ti革E的電弧源，偏壓300V，革巴電流50A，離子轟擊Ti革Elmin; 3)沉積Ti過(guò)渡層:Ar氣壓0.5?0.6Pa，偏壓降至250V，Ti靶電流70A，沉積溫度230°C，電弧鍍Ti過(guò)渡層3?4min; 4)沉積Cr/Ti過(guò)渡層:Ar氣壓0.5?0.6Pa，偏壓250V，Ti靶電流100A，Cr靶電流80A，電弧鍍Cr/Ti過(guò)渡層4?5min; 5)沉積TiCrN硬質(zhì)涂層:Ar氣壓0.5Pa，偏壓220V，Ti靶的靶電流120A，Cr靶電流90A;開(kāi)啟N2，N2氣壓為1.2Pa，沉積溫度250?260°C，電弧鍍TiCrN硬質(zhì)涂層50?60min; 6)沉積Cr/Ti過(guò)渡層:關(guān)閉N2，T i靶電流10A，Cr靶電流80A，沉積Cr/T i過(guò)渡層5min; 7)沉積MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層:開(kāi)啟MoS2靶中頻磁控濺射電源，電流1.5A，Ti靶電流80A，Cr靶電流70A，偏壓調(diào)至230V，沉積溫度280?300°C，復(fù)合沉積MoS2/Cr/Ti潤(rùn)滑涂層30?40min； 8)后處理:關(guān)閉各電源、離子源及氣體源，涂層結(jié)束。
【文檔編號(hào)】C23C14/32GK105887023SQ201610416767
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月15日
【發(fā)明人】宋文龍, 鄧建新, 崔祥府, 孫九瑞
【申請(qǐng)人】濟(jì)寧學(xué)院