一种离子辅助溅射沉积制备TiN刀具涂层方法与流程

本发明涉及刀具加工领域，更具体地说，涉及一种刀具涂层制造方法。

背景技术：

随着现代制造业的快速发展，多种新型制造工艺、新材料得到广泛应用，如：高速切削、干式/准干式切削、高温合金、钛合金和超高强度钢等，在其切削过程中都有切削力大、切削温度高、刀具磨损严重等问题，严重影响刀具的使用寿命。为实现制造业的高效、低成本生产，制备具有高硬度、高结合强度、高耐磨等良好综合切削性能的刀具具有很好的工程实际应用价值。现有技术中，常通过物理沉积和化学沉积的方法在刀具上涂制硬质涂层，这种方法在一定程度上能够提高刀具的强度、硬度、耐摩擦磨损性能以及使用寿命，然而，这类涂层疏松多孔，力学性能稍差，与刀体结合强度低，容易出现涂层脱落，影响刀具的使用寿命。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种离子辅助溅射沉积制备tin刀具涂层方法。本发明使用离子注入与离子溅射沉积技术，充分发挥离子注入强化层结合强度高和溅射沉积效率高、可形成较厚涂层的优点，制备具有高结合强度和高硬度的刀具涂层。

本发明的技术方案。一种离子辅助溅射沉积制备tin刀具涂层方法，其特征在于：包括以下步骤；

a、采用n离子对刀具表面氧化层进行离子清洗；

b、通过离子注入n的方法在刀刃近表面和表面形成注入层；

c、在所述注入层的表面同时进行氮离子注入和tin离子溅射，沉积一层硬质tin沉积层。

前述的离子辅助溅射沉积制备tin刀具涂层方法中，步骤a的离子清洗的参数为：离子源通过气体为氮气，加速电压为10kv，清洗时间为10min。

前述的离子辅助溅射沉积制备tin刀具涂层方法中，步骤b的离子注入的参数为：离子源通入气体为氮气，加速电压为60kv，注入时间为60～120min。

前述的离子辅助溅射沉积制备tin刀具涂层方法中，步骤c的溅射沉积参数为：溅射靶材tin，加速电压2～3kv，溅射时间30-90min。

与现有技术相比，本发明先采用离子注入的方法在刀具基体表面形成注入层，增加刀刃的硬度、强度及耐摩擦性能的同时，改善刀具表面与后续涂层间的物理、化学匹配性能，为获得高结合强度刀具涂层奠定基础。然后通过离子注入法辅助离子溅射沉积方法制备较厚涂层，可以进一步提高涂层的结合强度，使得刀具在生产加工时涂层不会因冲击导致脱落而影响加工效率和效果，可满足更高、更苛刻的环境要求。

使用离子注入与离子溅射沉积技术，充分发挥离子注入强化层结合强度高和溅射沉积效率高、可形成较厚涂层的优点，制备具有高结合强度和高硬度的刀具涂层。通俗的讲即是充分发挥离子注入的“楔钉”的作用，利用其所产生高能离子如“楔钉”般可将溅射沉积的强化层牢牢固定于刀具表面，进而形成高硬度、高结合强度刀具涂层，达到提高刀具的综合切削性能、延长其使用寿命的目的。

附图说明

图1是本发明的加工示意图。

附图中的标记为：1-刀刃，2-沉积层，3-注入层，10-刀刃界面，111-刀刃近表面，112-刀刃表面。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例1。一种离子辅助溅射沉积制备tin刀具涂层方法，如图1所示，包括以下步骤；

a、采用n离子对刀具表面氧化层进行离子清洗；离子清洗的参数为：离子源通过气体为氮气，加速电压为10kv，清洗时间为10min。

b、通过离子注入n的方法在刀刃1的刀刃界面10的近表面111和表面112形成注入层3；离子注入的参数为：离子源通入气体为氮气，加速电压为60kv，注入时间为100min。

c、在所述注入层的表面同时进行氮离子注入和tin离子溅射，沉积一层硬质tin沉积层2；溅射沉积参数为：溅射靶材tin，加速电压2.5kv，溅射时间60min。

技术特征：

1.一种离子辅助溅射沉积制备tin刀具涂层方法，其特征在于：包括以下步骤；

a、采用n离子对刀具表面氧化层进行离子清洗；

b、通过离子注入n的方法在刀刃近表面和表面形成注入层；

c、在所述注入层的表面同时进行氮离子注入和tin离子溅射，沉积一层硬质tin沉积层。

2.根据权利要求1所述的离子辅助溅射沉积制备tin刀具涂层方法，其特征在于，步骤a中，离子清洗的参数为：离子源通过气体为氮气，加速电压为10kv，清洗时间为10min。

3.根据权利要求1所述的离子辅助溅射沉积制备tin刀具涂层方法，其特征在于，步骤b中，离子注入的参数为：离子源通入气体为氮气，加速电压为60kv，注入时间为60～120min。

4.根据权利要求1所述的离子辅助溅射沉积制备tin刀具涂层方法，其特征在于，步骤c中，溅射沉积参数为：溅射靶材tin，加速电压2～3kv，溅射时间30-90min。

技术总结
本发明公开了一种离子辅助溅射沉积制备TiN刀具涂层方法，包括以下步骤；A、采用N离子对刀具表面氧化层进行离子清洗；B、通过离子注入N的方法在刀刃近表面和表面形成注入层；C、在注入层的表面同时进行氮离子注入和TiN离子溅射，沉积一层硬质TiN沉积层。本发明先采用离子注入的方法在刀具基体表面形成注入层，增加刀刃的硬度、强度及耐摩擦性能的同时，改善刀具表面与后续涂层间的物理、化学匹配性能，为获得高结合强度刀具涂层奠定基础。然后通过离子注入法辅助离子溅射沉积方法制备较厚涂层，可以进一步提高涂层的结合强度，使得刀具在生产加工时涂层不会因冲击导致脱落而影响加工效率和效果，可满足更高、更苛刻的环境要求。

技术研发人员：丁力;肖菲;张法光;杨丽萍;韩洪雄
受保护的技术使用者：贵州省机电研究设计院
技术研发日：2020.09.09
技术公布日：2020.11.27