一種刀具表面氮鋁鈦涂層制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及真空鍍膜領域，尤其涉及一種刀具表面硬質涂層制備方法。
【背景技術】
[0002]近幾年，先進加工技術取得了長足的發展，高速機床和加工中心得到了廣泛的應用，刀具作為現代加工業的牙齒，加工的速度越來越快，同時工作時的溫度也是越來越高，因此刀具的性能要求更是苛刻。為了提高刀具的使用溫度和保持刀具在高溫下仍具有符合要求的硬度，人們在刀具的材料和刀具表面涂層技術方面不斷取得突破。刀具的材料從碳鋼發展到高速鋼、硬質合金、類金鋼石等，涂層從碳化鈦發展到氮化鈦、氮鋁鈦等。氮鋁鈦具有良好的加工性能，能滿足較惡劣的使用環境，適用性廣。常見的制備氮鋁鈦涂層的方法有磁控濺射法和離子鍍法。離子鍍氮鋁鈦涂層時，為了增加涂層與刀具之間的結合力，防止涂層從刀具表面脫落，常常在制備氮鋁鈦涂層之前，制備一層厚度合適的氮化鈦過渡層，不過，氮化鈦過渡層雖然增加了氮鋁鈦涂層與刀具之間的結合力，但由于刀具表面與氮化鈦過渡層之間存在明顯的界面，結合力增加的仍然不夠。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題是提供一種可增加氮鋁鈦涂層與刀具表面的結合力的氮鋁鈦涂層制備方法。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種刀具表面氮鋁鈦涂層制備方法，包括如下步驟:
[0005]a、刀具的清潔和干燥；
[0006]b、刀具放入離子鍍設備真空室的工件架上，將真空室抽到一定的真空度；
[0007]c、通入氬氣，氬離子轟擊刀具；
[0008]d、蒸發金屬鈦，制備氮化鈦過渡層；
[0009]e、蒸發金屬鋁和鈦，制備氮鋁鈦涂層；
[0010]其特征在于，在步驟c和d之間，還包括利用金屬離子轟擊刀具、在刀具表面制造微觀凹陷的步驟。
[0011]其中，上述方法中，所述金屬離子為鈦離子和/或鋁離子。
[0012]其中，上述方法中，所述金屬離子是通過離化蒸發源中的涂層金屬材料獲得。
[0013]其中，上述方法中，所述金屬離子也可以來源于離子發生器或離子源。
[0014]其中，上述方法中，金屬離子對刀具表面進行轟擊是通過刀具接電源負極、蒸發源接電源正極實現的。
[0015]進一步的，所述電源的電壓為400?800伏。
[0016]本發明的有益效果是:
[0017]本發明所述的金屬離子是鋁離子、鈦離子中的任意一種或者兩種，或者其它種類的金屬離子。鈦和鋁是氮鋁鈦涂層的成份，可以通過離化蒸發源中的涂層材料鋁或鈦獲得，也可以是通過安裝在離子鍍膜設備上的離子發生器或者離子源來提供。對于前一種方式，鈦和/或鋁離化后，在負電壓的引導下對刀具進行轟擊，在刀具表面撞出凹陷，即在刀具表面撞出一些“坑”，這些“坑”在后繼的氮化鈦過渡層制備時，將由氮化鈦成份來填充，因此部分氮化鈦成份是鑲嵌在刀具表面的，在這鑲嵌的部分，刀具材料和氮化鈦涂層材料是混合在一起的，這就增加了氮化鈦過渡層與刀具表面的結合力，間接提高了整個涂層體系與刀具表面的結合力。金屬離子轟擊刀具表面時，金屬離子將刀具材料的原子轟擊出去的過程與金屬離子在刀具表面沉積是同時進行的，因此，為了避免金屬離子的沉積，需要較大的能量，使轟擊過程大于沉積過程，因此轟擊時，刀具表面的負電壓應在400V到800V。
[0018]由此，本發明通過在刀具表面制造“坑”，并由氮化鈦過渡層材料來填充，使刀具材料與氮化鈦過渡層材料緊密的結合在一起，增大了刀具表面與氮鋁鈦涂層體系的結合了，有效地防止了氮鋁鈦涂層刀具使用過程中的脫落問題，延長了氮鋁鈦涂層刀具的使用壽命ο
【具體實施方式】
[0019]下面通過【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0020]本發明刀具表面氮鋁鈦涂層制備方法，包括如下步驟:
[0021]1、刀具表面的清潔和干燥。不凈潔的表面不僅會使涂層的成份改變，而且會嚴重地影響涂層與刀具表面的組合力，這個步驟往往被稱為預處理。
[0022]2、將待沉積的刀具放入鍍鏌設備真空室中的工作架上。刀具的種類、形狀不同，則對應的工作架也會不同。真空室閉合之后開始抽真空，達到本底真空度。
[0023]3、放入氬氣，進行輝光放電或者弧光放電，離化氬氣，用產生的氬離子轟擊刀具表面，對刀具進行初步的升溫。
[0024]4、金屬離子轟擊刀具，在刀具表面制造微觀凹陷。在這個步驟中，金屬離子的來源可以是蒸發預先放置在蒸發源中的金屬鈦或者金屬鋁或者兩種一起蒸發，蒸發之后在電場中離化，帶正電的金屬離子在負電壓的作用下對刀具表面進行轟擊。需要注意的是，這個過程其實和涂層成份在刀具表面沉積成膜是同樣的過程，為了避免金屬離子在刀具表面沉積下來，這就需要施加在刀具表面的負電壓大于沉積時施加的負電壓，應在400V到800V，這樣即使有金屬離子在刀具表面沉積下來，也會被后來的離子轟擊出刀具表面，而且會將部份刀具表面材料也轟擊出去，在刀具表面留下一些微小的“坑”。轟擊刀具表面的金屬離子也可以來源于離化發生器或者離子源，因為多了一個設備，需要對設備進行改造，或者設備本身帶有這樣作用的設備，無論哪種情況，成本都不占優勢。盡管如此，這也是可行的。
[0025]5、蒸發金屬鈦，制備氮化鈦過渡層。因為有了第4步驟制造的“坑”，氮化鈦過渡層材料首先進行填充，刀具材料與過渡層材料混合在一起，大大增加了兩者的結合力，有效緩解在涂層從刀具表面脫落的問題。
[0026]6、最后一個步驟就是蒸發金屬鋁和鈦，制備氮鋁鈦涂層。
[0027]下面通過實例對本發明效果做進一步的說明。
[0028]對硬質合金刀具進行鍍膜處理，方法一按照常規技術進行，即步驟a、刀具的清潔和干燥；b、刀具放入離子鍍設備真空室的工件架上，將真空室抽到一定的真空度；c、通入氬氣，氬離子轟擊刀具；d、蒸發金屬鈦，制備氮化鈦過渡層；e、蒸發金屬鋁和鈦，制備氮鋁鈦涂層。方法二(即本發明方法):a、刀具的清潔和干燥；b、刀具放入離子鍍設備真空室的工件架上，將真空室抽到一定的真空度；c、通入氬氣，氬離子轟擊刀具；d、刀具接電源負極、蒸發源接電源正極，電壓500伏，利用金屬離子轟擊刀具、在刀具表面制造微觀凹陷；e、蒸發金屬鈦，制備氮化鈦過渡層；f、蒸發金屬鋁和鈦，制備氮鋁鈦涂層。
[0029]通過本技術領域常用的劃痕試驗法測試刀具表面與氮鋁鈦涂層體系的結合強度，方法一測試結果為58牛頓左右，方法二為73牛頓左右。
【主權項】
1.一種刀具表面氮鋁鈦涂層制備方法，包括如下步驟: a、刀具的清潔和干燥； b、刀具放入離子鍍設備真空室的工件架上，將真空室抽到一定的真空度； c、通入氬氣，氬離子轟擊刀具； d、蒸發金屬鈦，制備氮化鈦過渡層； e、蒸發金屬招和欽，制備氣招欽涂層； 其特征在于，在步驟c和d之間，還包括利用金屬離子轟擊刀具、在刀具表面制造微觀凹陷的步驟。2.根據權利要求1所述的刀具表面氮鋁鈦涂層制備方法，其特征在于:所述金屬離子為鈦離子和/或鋁離子。3.根據權利要求1或2所述的刀具表面氮鋁鈦涂層制備方法，其特征在于:所述金屬離子是通過離化蒸發源中的涂層金屬材料獲得。4.根據權利要求1或2所述的刀具表面氮鋁鈦涂層制備方法，其特征在于:所述金屬離子來源于離子發生器。5.根據權利要求1至4任一項所述的刀具表面氮鋁鈦涂層制備方法，其特征在于:金屬離子對刀具表面進行轟擊是刀具接電源負極、蒸發源接電源正極實現的。6.根據權利要求5所述的刀具表面氮鋁鈦涂層制備方法，其特征在于:所述電源的電壓為400?800伏。
【專利摘要】本發明公開了一種刀具表面氮鋁鈦涂層制備方法，該方法包括如下步驟：a、刀具的清潔和干燥；b、刀具放入離子鍍設備真空室的工件架上，將真空室抽到一定的真空度；c、通入氬氣，氬離子轟擊刀具；d、刀具接電源負極、蒸發源接電源正極，電壓400-800伏，利用金屬離子轟擊刀具、在刀具表面制造微觀凹陷；e、蒸發金屬鈦，制備氮化鈦過渡層；f、蒸發金屬鋁和鈦，制備氮鋁鈦涂層。本發明通過在刀具表面制造“坑”，并由氮化鈦過渡層材料來填充，使刀具材料與氮化鈦過渡層材料緊密的結合在一起，增大了刀具表面與氮鋁鈦涂層體系的結合了，有效地防止了氮鋁鈦涂層刀具使用過程中的脫落問題，延長了氮鋁鈦涂層刀具的使用壽命。
【IPC分類】C23C14/32, C23C14/06
【公開號】CN105385992
【申請號】CN201510896024
【發明人】霍紅英, 鄒敏
【申請人】攀枝花學院
【公開日】2016年3月9日
【申請日】2015年12月7日