专利名称：一种TiAlN涂层的热处理方法
技术领域：
本发明涉及一种对物理气相沉积涂层的热处理方法，特别是指一种TiAlN涂层的热处理方法。
背景技术：
采用物理气相沉积方法(PVD)方法制备的TiAlN涂层由于其比普通的涂层具有较高的硬度和抗氧化性，成为当前切削刀具领域应用最广泛的涂层材料，但是未经过热处理的TiAlN涂层的硬度比较低，不能满足更大范围的工业化应用。热处理方法普遍应用于Al合金、钢材等块状合金领域，此方法用在涂层领域不多。根据申请号为200810031820. 1的发明专利公布的说明书，在一定的温度下(650 IOOO0C )退火处理TiAlN涂层会产生时效硬化效应，通过控制时效处理的时间和温度，保证涂层经调幅分解析出纳米尺寸的C-TiN和c-AIN，从而达到提高涂层硬度的目的，但在该专利中公开的最高硬度仅达到38. 7Gpa，属于普通的硬质涂层，而且，由于该发明专利所提供的退火温度和保温时间范围过于宽泛，很难达到一个精确的最优的区间，从而使操作不易进行，较为复杂。除此之外，该发明所达到的最高硬度还不能很好地满足硬质基材料的切削加工。
发明内容
本发明克服了现有技术存在的不足，提供一种工艺方法简单、硬化效果明显的 TiAlN涂层热处理方法。本发明所采用的技术方案是一种TiAlN涂层的热处理方法，将TiAlN涂层，置于保护气氛中进行加热、保温，所述加热温度为910°C 990°C，所述保温时间为125min 160min。所述的保护气氛为真空或惰性气体。所述的加热温度优选为930°C -950°C，保温时间优选为125min-130min。所述的TiAlN涂层采用阴极电弧法制备，所述的TiAlN涂层在硬质合金基体上沉积。所述TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0.32 0.68，Al的摩尔含量为0.68 0. 32 (轻元素N除外)。其中Ti的摩尔含量优选为0. 35，相应的Al的摩尔含量优选为0. 65 (轻元素N除外)。本发明的工作原理简述如下本发明由于采用上述工艺方法，对处于亚稳态的C-TiAlN涂层进行高温退火热处理，使其转化为(c)Ti N和(h)AlN，从而达到更稳定的状态。但由于(h) AlN和C-TiAlN间晶体结构的差异，导致该转化发生需要大的形核功，因此，需要对C-TiAlN涂层进行高温退火热处理。通过控制热处理的温度和时间，使涂层首先经过调幅分解析出纳米尺寸的(C)Ti
3N和(c) A1N，并通过扩散自发生长。调幅分解后的TiAlN涂层由母相TiAlN及纳米尺寸的析出相(c)Ti N和(C)AlN组成，析出相和母相之间由于点阵常数的差别产生应变场，担任位错运动的障碍源，阻止位错的运动，从而提高涂层的硬度。另外，通过控制处理的时间和温度，可以有效保证析出相和母相TiAlN及纳米尺寸的析出相(C)Ti N和(c)AlN组成及析出相的量；因为，过高的热处理温度，析出的(C)AlN相转变为(h)AlN相，降低涂层的硬度； 过低的处理温度则无纳米尺寸的(C)Ti N和(C)AlN相析出，从而不能使涂层硬度增加。同时，通过控制热处理的时间，可以有效保证析出相(C)Ti N和(C)AlN的析出量；由于析出相 (C)Ti N和(C)AlN的生长是通过扩散自发进行的，因此，太短的热处理时间导致过小的析出相而不能有效的阻止位错运动，达不到硬化的目的。因此，涂覆有经热处理的TiAlN涂层的道具，即使在切削过程中使涂层的温度达到或经过热处理硬化所需的温度，但由于时间极其短暂而达不到调幅分解所需的形核时间，因此，经热处理的TiAlN涂层作为刀具涂层在使用过程中其硬度及综合机械性能不会发生大的改变。与现有技术相比，本发明的优势在于本发明所达到的技术效果是通过严格控制热处理硬化的温度和时间，从而达到较好的硬化目的，所得的涂层比现有技术公开所得到的涂层硬度高、附着力强，即与刀具基体容易结合且不易剥落，从而使涂层刀具的寿命延长。所以，经过本发明处理过后的TiAIN涂层可用于高速切削、干切削，以及一些难加工材料切削的刀具，很好地保证加工，使刀具的使用寿命大大增加，提高其加工效率和改善已加工表面的质量。
具体实施例方式实施例1于真空中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为 35. 5GPa，将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为910°C，加热保温时间为125min，处理后硬度增加到42. 2GPa。实施例2于真空中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为 35. 5GPa，将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为920°C，加热保温时间为125min，处理后硬度增加到43. 4GPa。实施例3于真空中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为 35. 5GPa，将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为930°C，加热保温时间为130min，处理后硬度增加到43. 9GPa。实施例4于真空中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为 35. 5GPa，将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为940°C，加热保温时间为130min，处理后硬度增加到45. 6GPa。实施例5于真空中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为 35. 5GPa，将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为940°C，加热保温时间为150min，处理后硬度增加到42. IGPa0实施例6于真空中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为 35. 5GPa，将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为940°C，加热保温时间为160min，处理后硬度增加到41. 4GPa。实施例7于真空中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为 35. 5GPa,将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为950°C，加热保温时间为130min，处理后硬度增加到41. 8GPa。实施例8于真空中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为 35. 5GPa，将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为960°C，加热保温时间为125min，处理后硬度增加到39. 2GPa。实施例9于真空中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为 35. 5GPa，将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为970°C，加热保温时间为125min，处理后硬度增加到38. 5GPa。实施例10于真空中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为 35. 5GPa，将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为980°C，加热保温时间为125min，处理后硬度增加到37. 8Gpa实施例11于真空中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为 35. 5GPa，将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为990°C，加热保温时间为125min，处理后硬度增加到36. 9GPa。实施例12于氩气中采用阴极弧蒸发技术在硬质合金基体上沉积的TiAlN涂层，沉积态的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 35，Al的摩尔含量为0. 65 (轻元素N除外)，硬度为35. 5GPa，将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为940°C，加热保温时间为130min，处理后硬度增加到43. 9GPa。
权利要求
1.一种TiAlN涂层的热处理方法，将TiAlN涂层，置于保护气氛中进行加热、保温，其特征在于所述加热温度为910°C 990°C，所述保温时间为125min 160min。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的保护气氛为真空或惰性气体。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的加热温度为930°C_950°C，保温时间为 125min-130min。
4.根据权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于所述TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为0. 32 0. 68，Al的摩尔含量为0. 68 0. 32，轻元素N除外。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述的TiAlN涂层中Ti的摩尔含量为 0. 35，Al的摩尔含量为0. 65，轻元素N除外。
全文摘要
本发明涉及一种对物理气相沉积涂层的热处理方法，特别是指一种TiAlN涂层的热处理方法，具体是将TiAlN涂层置于保护气氛中进行热处理，其中控制加热温度为910～990℃，加热保温时间为125～160min。本发明工艺方法简单、硬化效果明显，将热处理方法引入到TiAlN涂层领域，通过严格控制热处理的加热温度及加热保温时间，使c-TiAlN涂层热处理时发生调幅分解仅析出纳米尺寸的c-TiN和c-AlN，析出相和母相之间由于点阵常数的差别产生应变场，阻止位错的运动，从而提高涂层的硬度，达到硬化的目的。
文档编号C23C14/06GK102517560SQ201110435390
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月22日 优先权日2011年12月22日
发明者周怡, 郭伟, 陈雅忱 申请人:长沙伟徽高科技新材料股份有限公司