CN102337500A - 一种刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法 - Google Patents

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赵广彬
孙爱祥
葛高峰
杨鸿�
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Abstract

本发明公开一种刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，涂层材料为高纯度的Ti、Cr、AL金属和N2、Ar，在非平衡磁控溅射离子镀设备内，在电磁场和等离子场的作用下，Ti、Cr、AL、Ar和N2电离成离子，在电场作用下在刀具表面反应生成TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜；Ti、Cr、AL金属在非平衡磁控溅射离子镀设备内按一定规律排列，刀具随着非平衡磁控溅射离子镀设备的工件架一起转动，制备出TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜。与现有技术相比，本发明提供的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，多元多层TiN/AlN/CrN复合膜涂层可根据不同切削条件，随时调整膜层的成分、厚度和膜层过渡层，涂层刀具的通用性更好，且多元多层复合膜涂层在生产过程中无废水废气，对环境无污染，环境效益高。

Description

一种刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法
技术领域
本发明涉及金属表面镀膜领域，尤其涉及一种刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法。
背景技术
目前，随着先进加工技术的发展，高速机床和加工中心的广泛应用，对刀具的性能提出了更高的要求。在刀具涂层领域，国内广泛采用多弧离子镀设备与技术、空心阴极离子镀镀设备与技术等，制备TiN、AlN、CrN、TiC、TiCN等涂层，因为其抗氧化温度低，只能在低速、中速下使用，在高速机床和加工中心上应用受到限制。国外主要采用TiAlN涂层，涂层刀具在高速、重载、大进给量条件下使用。如巴尔蔡斯公司使用Ti-Al合金靶，赛米康公司使用Ti-Al镶嵌靶进行TiAlN涂层，TiAlN涂层中Ti、Al比例与靶成分具有对应关系，在一个涂层周期内成分无法改变，而TiAlN涂层刀具，不同的刀具在不同切削条件下，切削效果随着Ti、Al比例的不同，效果差别很大。
发明内容
针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于提供一种刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，多元多层TiN/AlN/CrN复合膜涂层可根据不同切削条件，随时调整膜层的成分、厚度和膜层过渡层，涂层刀具的通用性更好，且多元多层复合膜涂层在生产过程中无废水废气，对环境无污染，环境效益高。
为了解决以上的技术问题，本发明提供的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)刀具的清洗，去除刀具表面的氧化皮、附着物等杂质；
(2)去除刀具表面的油脂；
(3)漂洗掉刀具表面去油污物质的残留物；
(4)刀具除水并干燥；
(5)刀具放入非平衡磁控溅射离子镀设备的工件架上，使非平衡磁控溅射离子镀设备达到一定的真空度；
(6)利用Ar、Ti、AL、Cr的离子对刀具表面刻蚀，使其露出洁净表面；
(7)涂层材料为高纯度的Ti、Cr、AL金属和N2、Ar，在非平衡磁控溅射离子镀设备内，在电磁场和等离子场的作用下，Ti、Cr、AL、Ar和N2电离成离子，在电场作用下在刀具表面反应生成TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜；
(8)Ti、Cr、AL金属在非平衡磁控溅射离子镀设备内按一定规律排列，刀具随着非平衡磁控溅射离子镀设备的工件架一起转动，制备出TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜。
优选地，步骤(2)中，用超声波及金属清洗剂去除刀具表面的油脂。
优选地，步骤(3)中，用纯净水或去离子水漂洗掉刀具表面去油污物质的残留物。
优选地，步骤(5)中，非平衡磁控溅射离子镀设备的真空度达到6.7E-3Pa以上。
优选地，步骤(6)中，刻蚀温度达到300℃～700℃，提高涂层与刀具表面的结合力。
优选地，步骤(8)中，调整非平衡磁控溅射离子镀设备的工件架的转动速度和涂层时间，转动速度0～20转/分钟，涂层时间60～180分钟，控制TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜的层数。
优选地，步骤(8)中，刀具TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜的层数一般为3～6000层。
优选地，步骤(8)中，调整Ti、Cr、AL金属的溅射功率，溅射功率为0～30KW，控制超硬薄膜TiN、AlN、CrN单质薄膜的厚度。
优选地，步骤(8)中，超硬薄膜TiN、AlN、CrN单质薄膜的厚度为1～70纳米。
优选地，步骤(8)中，TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜的的厚度一般为3～15微米。
与现有技术相比，本发明提供的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，多元多层TiN/AlN/CrN复合膜涂层可根据不同切削条件，随时调整膜层的成分、厚度和膜层过渡层，涂层刀具的通用性更好，且多元多层复合膜涂层在生产过程中无废水废气，对环境无污染，环境效益高。
具体实施方式
为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进行阐述。
本发明的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，包括如下步骤：
(1)刀具的清洗，去除刀具表面的氧化皮、附着物等杂质；
(2)用超声波及金属清洗剂去除刀具表面的油脂；
(3)用纯净水或去离子水漂洗掉刀具表面去油污物质的残留物；
(4)刀具用脱水剂除水并干燥；
(5)刀具放入非平衡磁控溅射离子镀设备的工件架上，使非平衡磁控溅射离子镀设备达到一定的真空度，非平衡磁控溅射离子镀设备的真空度达到6.7E-3Pa以上；
(6)利用Ar、Ti、AL、Cr的离子对刀具表面刻蚀，使其露出洁净表面，刻蚀温度达到300℃～700℃，提高涂层与刀具表面的结合力；
(7)涂层材料为高纯度的Ti、Cr、AL金属和N2、Ar，在非平衡磁控溅射离子镀设备内，在电磁场和等离子场的作用下，Ti、Cr、AL、Ar和N2电离成离子，在电场作用下在刀具表面反应生成TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜；
(8)Ti、Cr、AL金属在非平衡磁控溅射离子镀设备内按一定规律排列，刀具随着非平衡磁控溅射离子镀设备的工件架一起转动，制备出TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜。
步骤(8)中，调整非平衡磁控溅射离子镀设备的工件架的转动速度和涂层时间，转动速度0～20转/分钟，涂层时间60～180分钟，控制TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜的层数；刀具TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜的层数一般为3～6000层。调整Ti、Cr、AL金属的溅射功率，溅射功率为0～30KW，控制超硬薄膜TiN、AlN、CrN单质薄膜的厚度；步骤(8)中，超硬薄膜TiN、AlN、CrN单质薄膜的厚度为1～70纳米；步骤(8)中，TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜的的厚度一般为3～15微米。
与现有技术相比，本发明提供的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，多元多层TiN/AlN/CrN复合膜涂层可根据不同切削条件，随时调整膜层的成分、厚度和膜层过渡层，涂层刀具的通用性更好，且多元多层复合膜涂层在生产过程中无废水废气，对环境无污染，环境效益高。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)刀具的清洗，去除刀具表面的氧化皮、附着物等杂质；
(2)去除刀具表面的油脂；
(3)漂洗掉刀具表面去油污物质的残留物；
(4)刀具除水并干燥；
(5)刀具放入非平衡磁控溅射离子镀设备的工件架上，使非平衡磁控溅射离子镀设备达到一定的真空度；
(6)利用Ar、Ti、AL、Cr的离子对刀具表面刻蚀，使其露出洁净表面；
(7)涂层材料为高纯度的Ti、Cr、AL金属和N2、Ar，在非平衡磁控溅射离子镀设备内，在电磁场和等离子场的作用下，Ti、Cr、AL、Ar和N2电离成离子，在电场作用下在刀具表面反应生成TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜；
(8)Ti、Cr、AL金属在非平衡磁控溅射离子镀设备内按一定规律排列，刀具随着非平衡磁控溅射离子镀设备的工件架一起转动，制备出TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜。
2.根据权利要求1所述的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，用超声波及金属清洗剂去除刀具表面的油脂。
3.根据权利要求1所述的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，用纯净水或去离子水漂洗掉刀具表面去油污物质的残留物。
4.根据权利要求1所述的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，非平衡磁控溅射离子镀设备的真空度达到6.7E-3Pa以上。
5.根据权利要求1所述的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，刻蚀温度达到300℃～700℃，提高涂层与刀具表面的结合力。
6.根据权利要求1所述的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，调整非平衡磁控溅射离子镀设备的工件架的转动速度和涂层时间，转动速度0～20转/分钟，涂层时间60～180分钟，控制TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜的层数。
7.根据权利要求6所述的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，刀具TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜的层数一般为3～6000层。
8.根据权利要求1所述的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，调整Ti、Cr、AL金属的溅射功率，溅射功率为0～30KW，控制超硬薄膜TiN、AlN、CrN单质薄膜的厚度。
9.根据权利要求8所述的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，超硬薄膜TiN、Al N、CrN单质薄膜的厚度为1～70纳米。
10.根据权利要求9所述的刀具表面多元复合硬质薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(8)中，TiN/AlN/CrN的多元多层复合膜的的厚度一般为3～15微米。
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