硬质合金复合涂层沉积方法

本发明涉及钢合金领域，特别涉及一种硬质合金复合涂层沉积方法。

背景技术：

1、随着现代机械加工技术的不断发展，传统刀具已难以满足高效率、高精度和高质量的加工需求。传统刀具在加工不锈钢、高温合金和钛合金等难加工材料时，易造成刀具磨损严重、寿命低、加工质量差及加工零件热变形严重等问题。涂层刀具有效结合了基体材料的高硬度、涂层材料优异的耐磨性及抗氧化性，可大幅度提高提高切削刀具的使用寿命、切削效率及零件的加工质量，具有高效、经济、低成本的优势。正得益于这些优点，涂层技术在现代机械加工领域迅速发展。

2、对于刀具涂层来说，在追求耐磨性的同时，涂层与刀具基体材料之间的结合强度也至关重要。如果涂层不能与基体材料之间高强度结合，在切削过程中可能会造成界面处应力集中，涂层很容易从刀具上剥落，从而最终导致失效。因此，研究一种新型复合涂层，提高刀具涂层的膜基结合强度、硬度、韧性及高温抗氧化性，对于推进机械加工业的发展和制造业水平的提升具有重要意义。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提出了一种硬质合金复合涂层沉积方法，以制备表面硬度高、韧性好的多层复合涂层。

2、一种硬质合金复合涂层沉积方法，包括以下步骤：

3、s1清洗硬质合金基体表面；

4、s2将硬质合金基体固定在转速为3.0～8.0rpm的基体转架上，真空状态下，升温至350～500℃；

5、s3将ti靶连接电弧离子镀电源，tial靶和alcrb靶分别连接高功率脉冲磁控溅射电源；

6、s4将基体偏压调至-150～-250v，开启电弧离子镀纯ti靶，调节靶材功率为0.5～1.5kw，通入ar和n2，设置所述基体转架的旋转速率为1.0～4.0rpm，沉积，得到tin基底层，关闭纯ti电弧靶；

7、s5开启高功率脉冲磁控溅射tial合金靶，调节基体偏压至-60～-120v，靶电流40～120a，沉积，得到tialn过渡层，关闭高功率脉冲磁控溅射tial合金靶；

8、s6开启alcrb靶，靶源功率为1.0～2.5kw，调节基体偏压至-80～-150v，沉积，得到alcrbn功能层，完成沉积。

9、进一步的，步骤s1采用用无水乙醇进行超声清洗15～25min。

10、进一步的，步骤s2的真空度为3.0×10-3～5.0×10-3pa。

11、进一步的，步骤s4控制ar和n2流量比例维持在pn2/(par+pn2)＝30～60％，并保持总气压为1.2～2.8pa。

12、进一步的，步骤s4沉积时间15～25min。

13、进一步的，步骤s5沉积时间20～35min。

14、进一步的，步骤s6沉积时间35～50min。

15、本发明的硬质合金复合涂层沉积方法，将tin沉积于基底层，使涂层与合金基体之间可以紧密结合，有效避免了刀具在切削加工过程中发生涂层剥落。tin/tialn/alcrbn多层复合涂层的表面硬度高、韧性好，使涂层稳定性和耐磨性能得到了明显提升。多层复合涂层兼具优异的膜-基结合力、抗断裂韧性、抗高温氧化性能及耐磨性，适用于高速干切削钛合金等难加工材料，明显降低了钛合金切削加工时刀具的震颤现象，综合性能优异，大幅度提升了切削效率，有效延长了刀具使用寿命。

技术特征：

1.一种硬质合金复合涂层沉积方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的硬质合金复合涂层沉积方法，其特征在于：步骤s1采用用无水乙醇进行超声清洗15～25min。

3.根据权利要求1所述的硬质合金复合涂层沉积方法，其特征在于：步骤s2的真空度为3.0×10-3～5.0×10-3pa。

4.根据权利要求1所述的硬质合金复合涂层沉积方法，其特征在于：步骤s4控制ar和n2流量比例维持在pn2/(par+pn2)＝30～60％，并保持总气压为1.2～2.8pa。

5.根据权利要求1所述的硬质合金复合涂层沉积方法，其特征在于：步骤s4沉积时间15～25min。

6.根据权利要求1所述的硬质合金复合涂层沉积方法，其特征在于：步骤s5沉积时间20～35min。

7.根据权利要求1所述的硬质合金复合涂层沉积方法，其特征在于：步骤s6沉积时间35～50min。

技术总结
本发明提供了一种硬质合金复合涂层沉积方法，包括以下步骤：清洗硬质合金基体表面；将硬质合金基体固定在基体转架上，真空状态下，升温；将Ti靶连接电弧离子镀电源，TiAl靶和AlCrB靶分别连接高功率脉冲磁控溅射电源；将基体偏压调至‑150～‑250V，开启电弧离子镀纯Ti靶，调节靶材功率为0.5～1.5kW，通入Ar和N<subgt;2</subgt;，沉积；开启高功率脉冲磁控溅射TiAl合金靶，调节基体偏压至‑60～‑120V，靶电流40～120A，沉积；开启AlCrB靶，靶源功率为1.0～2.5kW，调节基体偏压至‑80～‑150V，沉积。多层复合涂层兼具优异的膜‑基结合力、抗断裂韧性、抗高温氧化性能及耐磨性。

技术研发人员：李佳勇,陈一泊,张鹏跃,刘天宇,张丰裕,王茜冉,张飞扬,及璐蕊
受保护的技术使用者：河北工业职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15