CN104385751A - 含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具及其制备方法 - Google Patents

含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具及其制备方法。该复合涂层刀具包括刀具基体和沉积于刀具基体上的复合涂层，复合涂层包含有一交替沉积所述CrAlVN层和CrAlSiN层的周期性涂层，CrAlVN层和CrAlSiN层共格外延生长成超点阵结构。制备方法包括将刀具基体进行预处理，然后选择性沉积过渡层，再沉积CrAlVN层和CrAlSiN层的周期性涂层，得到复合涂层刀具。本发明的复合涂层刀具具有自润滑性、高硬度、高热性能及低摩擦系数等优点，存在CrAlSiN层和CrAlVN层的共格界面，制备方法工艺简单、设备常规、生产成本低。

Description

含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种切削刀具及其制备方法，尤其涉及一种含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具及其制备方法。
背景技术
涂层刀具结合了表面涂层高耐磨性、低摩擦系数的优点和基体高韧性、高强度的优点，可大幅度改善刀具的切削性能，提高机械加工效率。切削过程中，刀具表面与工件之间剧烈的摩擦使切削区域的温度急剧上升，因而涂层是否具有良好的热稳定性和高温抗氧化性能是衡量其性能的两个重要指标。近来，由Al替代CrN中的Cr形成的立方结构的亚稳相Cr-Al-N涂层(即CrAlN涂层)，由于其具有更高的抗氧化温度(约900℃)而成为一种新型的刀具涂层材料。Cr-Al-N涂层在高温(约900℃)时会向其稳定相Cr和密排六方的AlN转化导致力学性能下降，其中Cr的生成需要经过Cr2N过渡完成。因此，相比于其高的抗氧化温度，Cr-Al-N涂层低的热稳定温度同样限制了其高温应用。
随着高速切削和干式切削技术的广泛应用，尤其在切削一些难加工材料时，刀具刃口的温度可能达到1000℃以上，超过CrAlN涂层的服役温度。基于此，可以提出两种改善涂层性能以满足切削加工需求的研究设想：一、提高涂层材料的热稳定性和高温抗氧化性能；二、开发新的低摩擦系数的涂层材料，降低切削区域的温度。
中国专利文献CN103537719A提出了一种TiAlSiN/TiAlVN多层涂层的制备方法，但该多层涂层并没有提出TiAlSiN层与TiAlVN层之间共格外延生长，这样就没有界面强化效应，其力学和热性能均不能达到理想的效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种高硬度、高热性能及低摩擦系数的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，还相应地提供一种工艺简单、设备常规、生产成本低的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，包括刀具基体和沉积于刀具基体上的复合涂层，所述复合涂层包含有一交替沉积所述CrAlVN层和CrAlSiN层的周期性涂层，所述CrAlVN层和CrAlSiN层共格外延生长成超点阵结构。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层到CrAlSiN层”的周期性变化趋势。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述周期性涂层中，所述CrAlVN层的单层厚度为2nm～15nm，所述CrAlSiN层的单层厚度为2nm～15nm。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述CrAlVN层中V元素的原子百分数为1％～20％，Al元素的原子百分数为30％～70％；所述CrAlSiN层中Si元素的原子百分数为1％～15％，Al元素的原子百分数为30％～70％。
上述的复合涂层刀具中，更优选的，所述CrAlVN层中V元素的原子百分数为5％～12％，Al元素的原子百分数为50％～70％；所述CrAlSiN层中Si元素的原子百分数为5％～12％，Al元素的原子百分数为40％～60％。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述CrAlVN层沉积时采用面心立方结构的沉积方法(即将涂层的晶体结构制备成面心立方结构的沉积方法)，所述CrAlSiN层沉积时采用面心立方结构的沉积方法或者采用面心立方和密排六方组成混合结构的沉积方法(即将涂层的晶体结构制备成面心立方和密排六方组成的混合结构的沉积方法)。
上述的复合涂层刀具中，优选的，当所述CrAlSiN层沉积时采用面心立方和密排六方组成混合结构的沉积方法时，所述CrAlVN层与CrAlSiN层的厚度之比≥1。更优选的，1≤CrAlVN层与CrAlSiN层的厚度之比≤10。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述周期性涂层的总厚度为2μm～12μm。更优选的，所述周期性涂层的总厚度为2μm～6μm。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述复合涂层还包含Cr1-xAlxN过渡层，其中，0≤x≤0.7，所述Cr1-xAlxN过渡层沉积于所述刀具基体表面，所述周期性涂层沉积于所述Cr1-xAlxN过渡层上。
上述的复合涂层刀具中，更优选的，所述Cr1-xAlxN过渡层中，0.5≤x≤0.7(即Al元素的原子百分数为50％～70％)。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述Cr1-xAlxN过渡层的厚度为100nm～1000nm，所述Cr1-xAlxN过渡层的晶体结构为面心立方结构。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将刀具基体进行预处理；
(2)在预处理后的刀具基体上交替沉积CrAlVN层和CrAlSiN层(优选采用物理气相沉积工艺的多靶交替沉积方式，以依次沉积CrAlVN层到CrAlSiN层为一个周期，重复多个周期)，在沉积过程中，将CrAlVN层制成面心立方结构，将CrAlSiN层制成面心立方结构或者制成面心立方和密排六方组成的混合结构，通过控制CrAlVN层和CrAlSiN层的厚度，使CrAlSiN层在CrAlVN层上共格外延生长成超点阵结构，形成以“CrAlVN层/CrAlSiN层”为调制周期的周期性涂层，得到含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将刀具基体进行预处理；
(2)在预处理后的刀具基体上沉积Cr1-xAlxN过渡层；
(3)在预处理后的刀具基体上交替沉积CrAlVN层和CrAlSiN层(优选采用物理气相沉积工艺的多靶交替沉积方式，以依次沉积CrAlVN层到CrAlSiN层为一个周期，重复多个周期)，在沉积过程中，将CrAlVN层制成面心立方结构，将CrAlSiN层制成面心立方结构或者制成面心立方和密排六方组成的混合结构，通过控制CrAlVN层和CrAlSiN层的厚度，使CrAlSiN层在CrAlVN层上共格外延生长成超点阵结构，形成以“CrAlVN层/CrAlSiN层”为调制周期的周期性涂层，得到含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具。
上述的制备方法中，根据需要将涂层的晶体结构制为面心立方结构或面心立方与密排六方的两相混合结构时，制备方法均可采用现有常规方法，如Li Chen等的文献Compositionaland structural evolution of sputtered Ti-Al-N,Thin solid films,517(2009):6635–6641中的方法。
本发明的技术方案中，经过试验研究表明，CrAlVN和CrAlSiN的周期性涂层如果过薄，会影响到涂层的保护性能和保护效果，但过厚的话不仅会产生过高的应力，导致涂层易剥落，而且成本也随之增加。因此该周期性涂层的总厚度选为2μm～12μm，优选2μm～6μm。另外，组成该周期性涂层的CrAlVN层和CrAlSiN层单层厚度过厚或者过薄，都有可能影响复合涂层的界面强化作用，因此，各单层的厚度均要控制在2nm～15nm的范围内。
本发明的技术方案中，CrAlVN涂层在高温时会产生自润滑相V2O5，降低刀具材料和被加工材料的摩擦磨损，如果V元素的含量过低则自润滑效应不明显，而过高则会降低涂层的抗氧化性能，因此V元素的原子百分数选为1％～20％，优选5％～12％；而CrAlSiN涂层中，如果Si含量过高或过低都不能表现出涂层的超硬效应，因此Si元素的原子百分数为1％～15％，优选5％～12％。此外，CrAlVN层和CrAlSiN层中Al元素的含量过低或过高也会直接影响到涂层的性能，如涂层硬度和热稳定性等，因此CrAlVN层中Al元素的原子百分数为30％～70％，优选50％～70％；CrAlSiN层中Al元素的原子百分数为30％～70％，优选40％～60％。
本发明的各技术方案中，所述刀具基体可以为本领域公知的各种切削刀具，特别适用于硬质合金刀具、金属陶瓷刀具、超硬刀具和高速钢刀具。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1.本发明的涂层刀具中的CrAlVN涂层在高温时会产生自润滑相V2O5，降低刀具材料和被加工材料的摩擦磨损；而CrAlSiN层则表现出优异的抗氧化性能和力学性能。
2.本发明的涂层刀具通过共格外延生长的CrAlVN层和CrAlSiN层的界面强化效应可大幅度提高涂层的硬度，甚至表现出超硬效应(＞40GPa)；共格界面之间的应力作用还可阻止涂层的热分解过程从而提高其热稳定性；另外，这种共格界面还可阻止涂层氧化过程中的扩散过程改善其高温抗氧化性能。
3.本发明的涂层刀具通过CrAlN过渡层的引入，可显著改善涂层与刀具基体之间的结合强度。
4.本发明的涂层刀具的制备方法具有工艺简单、设备要求低、生产成本低的特点，通过该方法制备的涂层刀具能够满足高速切削的需求，大大延长了切削刀具的使用寿命。
附图说明
图1为本发明实施例1、2、4～12中的复合涂层刀具的结构示意图。
图2为本发明实施例3中的复合涂层刀具的结构示意图。
图例说明：
1、刀具基体；2、Cr1-xAlxN过渡层；3、CrAlVN层；4、CrAlSiN层。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合涂层，该复合涂层包含Cr1-xAlxN过渡层2和周期性涂层。Cr1-xAlxN过渡层2沉积于刀具基体1上，周期性涂层沉积于Cr1-xAlxN过渡层2上。Cr1-xAlxN过渡层2具体为Cr0.30Al0.70N过渡层，厚度为200nm。该周期性涂层是以CrAlVN层3和CrAlSiN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为300个周期)，其中CrAlVN层3具体为Cr0.40Al0.52V0.08N层，单层厚度为5nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.30Al0.60Si0.10N层，单层厚度为5nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为3.2μm，周期性涂层的总厚度为3.0μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构(该超点阵结构为面心立方结构，下同)。CrAlVN层3沉积时采用将其晶体结构制备成面心立方结构的方法，CrAlSiN层4沉积时采用将其晶体结构制备成面心立方和密排六方组成的混合结构的方法。Cr1-xAlxN过渡层2的晶体结构为面心立方结构。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；
(2)在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用CrAl靶先沉积一层厚度为200nm的Cr0.30Al0.70N过渡层；
(3)采用多靶交替沉积方法在Cr0.30Al0.70N过渡层上交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.40Al0.52V0.08N层，再沉积Cr0.30Al0.60Si0.10N层，其中Cr0.40Al0.52V0.08N和Cr0.30Al0.60Si0.10N的单层厚度均为5nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3制成面心立方结构，将CrAlSiN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在CrAlSiN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当CrAlVN层3与CrAlSiN层4的厚度之比＜1时，CrAlSiN层4仍为混合结构，随着CrAlSiN层4沉积厚度继续增加，当CrAlVN层3与CrAlSiN层4的厚度之比≥1时，CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，使CrAlSiN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过300个周期后得到总厚度为3.2μm的复合涂层，其中周期性涂层的总厚度为3.0μm，得到本发明的复合涂层刀具，编号A。
本实施例中，采用物理气相沉积工艺的多靶交替沉积方式，通过CrAlV靶和CrAlSi靶交替沉积CrAlVN层和CrAlSiN层，沉积气氛为N2和Ar的混合气体或者N2。以下其他实施例在无特别说明的情况下，均与本实施例相同。
对照品A1的刀具基体与实施例1相同，按普通的物理气相沉积方法沉积普通的Cr0.30Al0.70N涂层(单一涂层结构，厚度为3.5μm)制得的目前市场上普遍使用的硬质合金涂层刀具，其它实施例的对比Cr0.30Al0.70N涂层的成分和厚度同实施例1，且均为普通商用涂层。
将本实施例制得的复合涂层刀具A和对照品A1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表1所示。
表1：实施例1的本发明复合涂层刀具A与对照品A1的对比实验效果
由表1可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的复合涂层刀具具有高的抗氧化性能和摩擦性能，因此在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具均有明显提高。
实施例2
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合涂层，该复合涂层包含Cr1-xAlxN过渡层2和周期性涂层。Cr1-xAlxN过渡层2沉积于刀具基体1上，周期性涂层沉积于Cr1-xAlxN过渡层2上。Cr1-xAlxN过渡层2具体为Cr0.30Al0.70N过渡层，厚度为200nm。该周期性涂层为以CrAlVN层3和CrAlSiN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为800个周期)，其中CrAlVN层3具体为Cr0.40Al0.52V0.08N层，单层厚度为5nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.30Al0.60Si0.10N层，单层厚度为5nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为8.2μm，周期性涂层的总厚度为8.0μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构。CrAlVN层3沉积时采用将其晶体结构制备成面心立方结构的方法，CrAlSiN层4沉积时采用将其晶体结构制备成面心立方和密排六方组成的混合结构的方法。Cr1-xAlxN过渡层2的晶体结构为面心立方结构。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的含CrAlVN和CrAlSiN的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；
(2)在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用CrAl靶先沉积一层厚度为200nm的Cr0.30Al0.70N过渡层；
(3)采用多靶交替沉积方法在Cr0.30Al0.70N过渡层上交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.40Al0.52V0.08N层，再沉积Cr0.30Al0.60Si0.10N层，其中，Cr0.40Al0.52V0.08N层和Cr0.30Al0.60Si0.10N层的单层厚度均为5nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3制成面心立方结构，将CrAlSiN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在CrAlSiN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当CrAlVN层3与CrAlSiN层4的厚度之比＜1时，CrAlSiN层4仍为混合结构，随着CrAlSiN层4沉积厚度继续增加，当CrAlVN层3与CrAlSiN层4的厚度之比≥1时，CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，使CrAlSiN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过800个周期后得到总厚度为8.2μm的复合涂层，其中周期性涂层的总厚度为8.0μm，得到本发明的复合涂层刀具，编号B。
对照品B1的刀具基体与实施例2相同，按普通的物理气相沉积方法沉积普通的Cr0.30Al0.70N涂层(单一涂层结构)制得的硬质合金涂层刀具。
将本实施例制得的复合涂层刀具B和对照品B1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表2所示。
表2：实施例2的本发明复合涂层刀具B与对照品B1的对比实验效果
由表2可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的涂层刀具在车削下的使用寿命仅比现有技术下的Cr0.30Al0.70N涂层刀具提高了21％。相比于实施实例1，“CrAlVN/CrAlSiN”周期性涂层由300个周期增加到800个周期，涂层的厚度由3.2μm增加到8.2μm，涂层的切削性能反而下降，但对比现有技术产品，技术效果同样显著。
实施例3
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图2所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的周期性涂层。该周期性涂层是以CrAlVN层3和CrAlSiN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为300个周期)，其中CrAlVN层3具体为Cr0.40Al0.52V0.08N层，单层厚度为5nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.30Al0.60Si0.10N层，单层厚度为5nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为3.0μm，周期性涂层的总厚度为3.0μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构。CrAlVN层3沉积时采用将其晶体结构制备成面心立方结构的方法，CrAlSiN层4沉积时采用将其晶体结构制备成面心立方和密排六方组成的混合结构的方法。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；
(2)在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)的多靶交替沉积方式交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.40Al0.52V0.08N层，再沉积Cr0.30Al0.60Si0.10N层，其中Cr0.40Al0.52V0.08N层和Cr0.30Al0.60Si0.10N层的单层厚度均为5nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3制成面心立方结构，将CrAlSiN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在CrAlSiN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当CrAlVN层3与CrAlSiN层4的厚度之比＜1时，CrAlSiN层4仍为混合结构，随着CrAlSiN层4沉积厚度继续增加，当CrAlVN层3与CrAlSiN层4的厚度之比≥1时，CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，使CrAlSiN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过300个周期后得到厚度为3.0μm的复合涂层，其中周期性涂层的总厚度3.0μm，得到本发明的复合涂层刀具，编号C。
对照品C1的刀具基体与实施例3相同，按普通的物理气相沉积方法沉积普通的Cr0.30Al0.70N涂层(单一涂层结构)制得的硬质合金涂层刀具。
将本实施例制得的复合涂层刀具C和对照品C1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表3所示。
表3：实施例3的本发明复合涂层刀具C与对照品C1的对比实验效果
由表3可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的Cr0.30Al0.70N涂层刀具仅增加了14％。相比于实施实例2，去掉了Cr1-xAlxN过渡层，降低了涂层与基体的结合强度，涂层的切削性能有所下降，但对比现有技术产品，技术效果同样显著。
实施例4
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合涂层，该复合涂层包含Cr1-xAlxN过渡层2和周期性涂层。Cr1-xAlxN过渡层2沉积于刀具基体1上，周期性涂层沉积于Cr1-xAlxN过渡层2上。Cr1-xAlxN过渡层2具体为Cr0.30Al0.70N过渡层，厚度为200nm。该周期性涂层为以CrAlVN层3和CrAlSiN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为300个周期)，其中CrAlVN层3具体为Cr0.55Al0.30V0.15N层，单层厚度为5nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.60Al0.32Si0.08N层，单层厚度为5nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为3.2μm，周期性涂层的总厚度为3.0μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构。CrAlVN层3的晶体结构为面心立方结构，CrAlSiN层4的晶体结构为面心立方结构，Cr1-xAlxN过渡层2的晶体结构为面心立方结构。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；
(2)在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用CrAl靶先沉积一层厚度为200nm的Cr0.30Al0.70N过渡层；
(3)采用多靶交替沉积方法在Cr0.30Al0.70N过渡层上交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.55Al0.30V0.15N层，再沉积Cr0.60Al0.32Si0.08N层，其中Cr0.55Al0.30V0.15N层和Cr0.60Al0.32Si0.08N层的单层厚度均为5nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3和CrAlSiN层4均制成面心立方结构，使CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，经过300个周期后得到总厚度为3.2μm的复合涂层，其中周期性涂层的总厚度3.0μm，得到本发明的复合涂层刀具，编号D。
对照品D1的刀具基体与实施例4相同，按普通的物理气相沉积方法沉积普通的Cr0.30Al0.70N涂层(单一涂层结构)制得的硬质合金涂层刀具。
将本实施例制得的复合涂层刀具D和对照品D1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表4所示。
表4：实施例4的本发明复合涂层刀具D与对照品D1的对比实验效果
由表4可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的Cr0.30Al0.70N涂层刀具提高了21％。可见，本发明产品及制备工艺的技术较普通Cr0.30Al0.70N涂层刀具的切削性能好。相比于实施例1，CrAlSiN层及CrAlVN层的成分发生了变化，主要表现为Al含量降低，切削性能下降，但对比现有技术产品，技术效果同样显著。
实施例5
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合涂层，该复合涂层包含Cr1-xAlxN过渡层2和周期性涂层。Cr1-xAlxN过渡层2沉积于刀具基体1上，周期性涂层沉积于Cr1-xAlxN过渡层2上。Cr1-xAlxN过渡层2具体为Cr0.30Al0.70N过渡层，厚度为200nm。该周期性涂层为以CrAlVN层3和CrAlN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为300个周期)，其中CrAlVN层3具体为Cr0.55Al0.30V0.15N层，单层厚度为4nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.60Al0.32Si0.08N层，单层厚度为6nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为3.2μm，周期性涂层的总厚度为3.0μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构，CrAlVN层3的晶体结构为面心立方结构，CrAlSiN层4的晶体结构为面心立方结构，Cr1-xAlxN过渡层2的晶体结构为面心立方结构。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
首先，将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；然后在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用CrAl靶先沉积一层厚度为200nm的Cr0.30Al0.70N过渡层，然后采用多靶交替沉积方法在Cr0.30Al0.70N过渡层上交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.55Al0.30V0.15N层，再沉积Cr0.60Al0.32Si0.08N层，其中，Cr0.55Al0.30V0.15N层的单层厚度为4nm，Cr0.60Al0.32Si0.08N层的单层厚度为6nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3和CrAlSiN层4均制成面心立方结构，使CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，经过300个周期后得到总厚度为3.2μm的复合涂层，周期性涂层的总厚度为3.0μm，到本发明的复合涂层刀具，编号E。
对照品E1的刀具基体与实施例5相同，按普通的物理气相沉积方法沉积普通的Cr0.30Al0.70N涂层(单一涂层结构)制得的硬质合金涂层刀具。
将本实施例制得的复合涂层刀具E和对照品E1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表5所示。
表5：实施例5的本发明复合涂层刀具E与对照品E1的对比实验效果
由表5可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的Cr0.30Al0.70N涂层刀具提高了36％。可见，本发明产品及制备工艺的技术较普通Cr0.30Al0.70N涂层刀具的切削性能好。相比于实施实例4，CrAlSiN层及CrAlVN层的单层厚度发生了变化，切削性能有所提高。
实施例6
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合涂层，该复合涂层包含Cr1-xAlxN过渡层2和周期性涂层。Cr1-xAlxN过渡层2沉积于刀具基体1上，周期性涂层沉积于Cr1-xAlxN过渡层2上。Cr1-xAlxN过渡层2具体为Cr0.55Al0.45N过渡层，厚度为1000nm。该周期性涂层为以CrAlVN层3和CrAlSiN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为200个周期)，其中CrAlVN层3具体为Cr0.20Al0.70V0.10N层，单层厚度为8nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.50Al0.35Si0.15N层，单层厚度为12nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为5.0μm，周期性涂层的总厚度为4.0μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构，CrAlVN层3的晶体结构为面心立方结构，CrAlSiN层4的晶体结构为面心立方结构，Cr1-xAlxN过渡层2的晶体结构为面心立方结构。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
首先，将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；然后在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用CrAl靶先沉积一层厚度为1000nm的Cr0.55Al0.45N过渡层，然后采用多靶交替沉积方法在Cr0.55Al0.45N过渡层上交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.20Al0.70V0.10N层，再沉积Cr0.50Al0.35Si0.15N层，其中，Cr0.20Al0.70V0.10N层的单层厚度为8nm，Cr0.50Al0.35Si0.15N层的单层厚度为12nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3和CrAlSiN层4均制成面心立方结构，使CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，经过200个周期后得到总厚度为5.0μm的复合涂层，其中周期性涂层的总厚度4.0μm，得到本发明的复合涂层刀具，编号F。
对照品F1的刀具基体与实施例2相同，按普通的物理气相沉积方法沉积普通的Cr0.30Al0.70N涂层(单一涂层结构)制得的硬质合金涂层刀具。
将本实施例制得的复合涂层刀具F和对照品F1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表6所示。
表6：实施例6的本发明复合涂层刀具F与对照品F1的对比实验效果
由表6可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的Cr0.30Al0.70N涂层刀具提高了50％。可见，本发明产品及制备工艺的技术效果非常显著。
实施例7
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合涂层，该复合涂层包含Cr1-xAlxN过渡层2和周期性涂层。Cr1-xAlxN过渡层2沉积于刀具基体1上，周期性涂层沉积于Cr1-xAlxN过渡层2上。Cr1-xAlxN过渡层2具体为CrN过渡层，厚度为1000nm。该周期性涂层为以CrAlVN层3和CrAlSiN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为200个周期)，其中CrAlVN层3具体为Cr0.20Al0.70V0.10N层，单层厚度为8nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.50Al0.35Si0.15N层，单层厚度为12nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为5.0μm，周期性涂层的总厚度为4.0μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构，CrAlVN层3的晶体结构为面心立方结构，CrAlSiN层4的晶体结构为面心立方结构，Cr1-xAlxN过渡层2的晶体结构为面心立方结构。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
首先，将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；然后在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用Cr靶先沉积一层厚度为1000nm的CrN过渡层，然后采用多靶交替沉积方法在CrN过渡层上交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.20Al0.70V0.10N层，再沉积Cr0.50Al0.35Si0.15N层，其中，Cr0.20Al0.70V0.10N层的单层厚度为8nm，Cr0.50Al0.35Si0.15N层的单层厚度为12nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3和CrAlSiN层4均制成面心立方结构，使CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，经过200个周期后得到总厚度为5.0μm的复合涂层，其中周期性涂层的总厚度4.0μm，得到本发明的复合涂层刀具，编号G。
对照品G1的刀具基体与实施例7相同，按普通的物理气相沉积方法沉积普通的Cr0.30Al0.70N涂层(单一涂层结构)制得的硬质合金涂层刀具。
将本实施例制得的复合涂层刀具G和对照品G1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表7所示。
表7：实施例7的本发明复合涂层刀具G与对照品G1的对比实验效果
由表7可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的Cr0.30Al0.70N涂层刀具提高了29％。相比于实施例6，仅过渡层由Cr0.45Al0.55N改成CrN，涂层刀具的切削性能下降，但对比现有技术产品，技术效果同样显著。
实施例8
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合涂层，该复合涂层包含Cr1-xAlxN过渡层2和周期性涂层。Cr1-xAlxN过渡层2沉积于刀具基体1上，周期性涂层沉积于Cr1-xAlxN过渡层2上。Cr1-xAlxN过渡层2具体为Cr0.55Al0.45N过渡层，厚度为500nm。该周期性涂层为以CrAlVN层3和CrAlSiN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为100个周期)，其中，CrAlVN层3具体为Cr0.20Al0.60V0.20N层，单层厚度为15nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.38Al0.50Si0.12N层，单层厚度为15nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为3.5μm，周期性涂层的总厚度为3.0μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构，CrAlVN层3的晶体结构为面心立方结构，CrAlSiN层4的晶体结构为面心立方结构，Cr1-xAlxN过渡层2的晶体结构为面心立方结构。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
首先，将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；然后在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用CrAl靶先沉积一层厚度为500nm的Cr0.55Al0.45N过渡层，然后采用多靶交替沉积方法在Cr0.55Al0.45N过渡层上交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.20Al0.60V0.20N层，再沉积Cr0.38Al0.50Si0.12N层，其中，Cr0.20Al0.60V0.20N层和Cr0.38Al0.50Si0.12N层的单层厚度均为15nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3和CrAlSiN层4均制成面心立方结构，使CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，经过100个周期后得到厚度为3.5μm的复合涂层，其中周期性涂层的总厚度3.0μm，得到本发明的复合涂层刀具，编号H。
对照品H1的刀具基体与实施例8相同，按普通的物理气相沉积方法沉积普通的Cr0.30Al0.70N涂层(单一涂层结构)制得的硬质合金涂层刀具。
将本实施例制得的复合涂层刀具H和对照品H1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表8所示。
表8：实施例8的本发明复合涂层刀具H与对照品H1的对比实验效果
由表8可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的Cr0.30Al0.70N涂层刀具提高了29％。可见，本发明产品及制备工艺的技术效果非常显著。
实施例9
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合涂层，该复合涂层包含Cr1-xAlxN过渡层2和周期性涂层。Cr1-xAlxN过渡层2沉积于刀具基体1上，周期性涂层沉积于Cr1-xAlxN过渡层2上。Cr1-xAlxN过渡层2具体为Cr0.55Al0.45N过渡层，厚度为500nm。该周期性涂层为以CrAlVN层3和CrAlSiN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为500个周期)，其中CrAlVN层3具体为Cr0.20Al0.70V0.10N层，单层厚度为3nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.50Al0.35Si0.15N层，单层厚度为3nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为3.5μm，周期性涂层的总厚度为3.0μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构，CrAlVN层3的晶体结构为面心立方结构，CrAlSiN层4的晶体结构为面心立方结构，Cr1-xAlxN过渡层2的晶体结构为面心立方结构。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
首先，将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；然后在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用CrAl靶先沉积一层厚度为500nm的Cr0.55Al0.45N过渡层，然后采用多靶交替沉积方法在Cr0.55Al0.45N过渡层上交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.20Al0.70V0.10N层，再沉积Cr0.50Al0.35Si0.15N层，其中，Cr0.20Al0.70V0.10N层和Cr0.50Al0.35Si0.15N层的单层厚度均为3nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3和CrAlSiN层4均制成面心立方结构，使CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，经过500个周期后得到厚度为3.5μm的复合涂层，其中周期性涂层的总厚度3.0μm，得到本发明的复合涂层刀具，编号J。
对照品J1的刀具基体与实施例9相同，按普通的物理气相沉积方法沉积普通的Cr0.30Al0.70N涂层(单一涂层结构)制得的硬质合金涂层刀具。
将本实施例制得的复合涂层刀具J和对照品J1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表9所示。
表9：实施例9的本发明复合涂层刀具J与对照品J1的对比实验效果
由上表9可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的Cr0.30Al0.70N涂层刀具提高了64％。
实施例10
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合涂层，该复合涂层包含Cr1-xAlxN过渡层2和周期性涂层。Cr1-xAlxN过渡层2沉积于刀具基体1上，周期性涂层沉积于Cr1-xAlxN过渡层2上。Cr1-xAlxN过渡层2具体为Cr0.70Al0.30N过渡层，厚度为600nm。该周期性涂层为以CrAlVN层3和CrAlSiN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为400个周期)，其中CrAlVN层3具体为Cr0.28Al0.70V0.02N层，单层厚度为8nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.40Al0.58Si0.02N，单层厚度为12nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为8.6μm，周期性涂层的总厚度为8.0μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构，CrAlVN层3的晶体结构为面心立方结构，CrAlSiN层4的晶体结构为面心立方结构，Cr1-xAlxN过渡层2的晶体结构为面心立方结构。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
首先，将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；然后在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用CrAl靶先沉积一层厚度为600nm的Cr0.70Al0.30N过渡层，然后采用多靶交替沉积方法在Cr0.70Al0.30N过渡层上交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.28Al0.70V0.02N层，再沉积Cr0.40Al0.58Si0.02N层，其中，Cr0.28Al0.70V0.02N层的单层厚度为8nm，Cr0.40Al0.58Si0.02N层的单层厚度为12nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3和CrAlSiN层4均制成面心立方结构，使CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，经过400个周期后得到厚度为8.6μm的复合涂层，其中周期性涂层的总厚度8.0μm，得到本发明的复合涂层刀具，编号K。
对照品K1的刀具基体与实施例10相同，按普通的物理气相沉积方法沉积普通的Cr0.30Al0.70N涂层(单一涂层结构)制得的硬质合金涂层刀具。
将本实施例制得的复合涂层刀具K和对照品K1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表10所示。
表10：实施例10的本发明复合涂层刀具K与对照品K1的对比实验效果
由表10可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的Cr0.30Al0.70N涂层刀具提高了21％。
实施例11
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合涂层，该复合涂层包含Cr1-xAlxN过渡层2和周期性涂层。Cr1-xAlxN过渡层2沉积于刀具基体1上，周期性涂层沉积于Cr1-xAlxN过渡层2上。Cr1-xAlxN过渡层2具体为Cr0.70Al0.30N过渡层，厚度为200nm。该周期性涂层为以CrAlVN层3和CrAlSiN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为240个周期)，其中CrAlVN层3具体为Cr0.28Al0.70V0.02N层，单层厚度为3nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.40Al0.58Si0.02N，单层厚度为6nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为2.36μm，周期性涂层的总厚度为2.16μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构，CrAlVN层3的晶体结构为面心立方结构，CrAlSiN层4的晶体结构为面心立方结构，Cr1-xAlxN过渡层2的晶体结构为面心立方结构。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；
(2)在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用CrAl靶先沉积一层厚度为200nm的Cr0.70Al0.30N过渡层；
(3)采用多靶交替沉积方法在Cr0.70Al0.30N过渡层上交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.28Al0.70V0.02N层，再沉积Cr0.40Al0.58Si0.02N层，其中Cr0.28Al0.70V0.02N层的单层厚度为3nm，Cr0.40Al0.58Si0.02N层的单层厚度为6nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3和CrAlSiN层4均制成面心立方结构，使CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，经过240个周期后得到厚度为2.36μm的复合涂层，其中周期性涂层的总厚度2.16μm，得到本发明的复合涂层刀具，编号M。
对照品M1的刀具基体与实施例11相同，按普通的物理气相沉积方法沉积普通的Cr0.30Al0.70N涂层(单一涂层结构)制得的硬质合金涂层刀具。
将本实施例制得的复合涂层刀具M和对照品M1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表11所示。
表11：实施例11的本发明复合涂层刀具M与对照品M1的对比实验效果
由表11可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的复合涂层刀具由于涂层厚度较薄，在车削下的使用寿命比现有技术下的Cr0.30Al0.70N涂层刀具高。相比于实施例9，仅涂层总厚度降低，切削性能降低，但对比现有技术产品，技术效果同样显著。
实施例12
一种本发明的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合涂层，该复合涂层包含Cr1-xAlxN过渡层2和周期性涂层。Cr1-xAlxN过渡层2沉积于刀具基体1上，周期性涂层沉积于Cr1-xAlxN过渡层2上。Cr1-xAlxN过渡层2具体为Cr0.30Al0.70N过渡层，厚度为200nm。该周期性涂层是以CrAlVN层3和CrAlSiN层4为一个调制周期的多周期涂层(具体为400个周期)，其中CrAlVN层3具体为Cr0.40Al0.52V0.08N层，单层厚度为5nm，CrAlSiN层4具体为Cr0.30Al0.60Si0.10N层，单层厚度为5nm。在该复合涂层刀具中，复合涂层的总厚度为4.2μm，周期性涂层的总厚度为4.0μm。
本实施例中，周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层3到CrAlSiN层4”的周期性变化趋势，CrAlVN层3和CrAlSiN层4共格外延生长成超点阵结构。CrAlVN层3沉积时采用将其晶体结构制备成面心立方结构的方法，CrAlSiN层4沉积时采用将其晶体结构制备成面心立方和密排六方组成的混合结构的方法。Cr1-xAlxN过渡层2的晶体结构为面心立方结构。
本实施例中，刀具基体1采用型号为CNMG120408的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将型号为CNMG120408的硬质合金刀片进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，得到刀具基体1；
(2)在刀具基体1上采用物理气相沉积法(PVD)，利用CrAl靶先沉积一层厚度为200nm的Cr0.30Al0.70N过渡层；
(3)采用多靶交替沉积方法在Cr0.30Al0.70N过渡层上交替沉积以“CrAlVN/CrAlSiN”为调制周期的多周期涂层，各周期内，先沉积Cr0.40Al0.52V0.08N层，再沉积Cr0.30Al0.60Si0.10N层，其中Cr0.40Al0.52V0.08N层和Cr0.30Al0.60Si0.10N层的单层厚度均为5nm。在沉积过程中，按常规方法将CrAlVN层3制成面心立方结构，将CrAlSiN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在CrAlSiN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当CrAlVN层3与CrAlSiN层4的厚度之比＜1时，CrAlSiN层4仍为混合结构，随着CrAlSiN层4沉积厚度继续增加，当CrAlVN层3与CrAlSiN层4的厚度之比≥1时，CrAlSiN层4在CrAlVN层3上共格外延生长成超点阵结构，使CrAlSiN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过400个周期后得到总厚度为4.2μm的复合涂层，其中周期性涂层的总厚度为4.0μm，得到本发明的复合涂层刀具，编号N。
对照品N1是采用中国专利文献CN103537719A公开的方法，首先对前述刀具基体进行表面清洗、Ar浸蚀等预处理，然后在预处理后的刀具基体上采用物理气相沉积方法依次沉积20nm的Ti层、30nm的TiAl层和50nm的Ti0.50Al0.50N层作为过渡层，然后在过渡层表面沉积“Ti0.40Al0.52V0.08N层到Ti0.30Al0.60Si0.10N层”为一个周期的多周期涂层，经过400个周期后，多周期涂层的厚度为4μm，其中Ti0.40Al0.52V0.08N和Ti0.30Al0.60Si0.10N层的单层厚度均为5nm。
采用纳米压痕测试本实施例制备的涂层的硬度为42.7GPa，对照品涂层的硬度仅为31.4GPa。将本实施例制备的涂层和对照品涂层置于真空中于1000℃回火1小时之后，采用纳米压痕测试的本实施例和文献方法制备的涂层的硬度分别为41.3GPa和28.6GPa，从上述结论可以看出，本实施例制备的涂层在1000℃回火后硬度基本没有变化，而对照品硬度下降。将本实施例制备的周期性涂层和文献方法制备的涂层置于空气气氛中中在1000℃氧化10h，按本实施例方法制备的涂层未完全氧化，而文献方法制备的涂层已完全氧化。
将本实施例制得的复合涂层刀具N和对照品N1进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表12所示。
表12：实施例12的本发明复合涂层刀具N与对照品N1的对比实验效果
由表12可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的复合涂层刀具具有高的抗氧化性能和摩擦性能，因此在车削条件下的使用寿命比对照品的涂层刀具均有明显提高。
上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (14)

1.一种含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具，包括刀具基体和沉积于刀具基体上的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层包含有一交替沉积所述CrAlVN层和CrAlSiN层的周期性涂层，所述CrAlVN层和CrAlSiN层共格外延生长成超点阵结构。
2.根据权利要求1所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述周期性涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“CrAlVN层到CrAlSiN层”的周期性变化趋势。
3.根据权利要求1所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述周期性涂层中，所述CrAlVN层的单层厚度为2nm～15nm，所述CrAlSiN层的单层厚度为2nm～15nm。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述CrAlVN层中V元素的原子百分数为1％～20％，Al元素的原子百分数为30％～70％；所述CrAlSiN层中Si元素的原子百分数为1％～15％，Al元素的原子百分数为30％～70％。
5.根据权利要求4所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述CrAlVN层中V元素的原子百分数为5％～12％，Al元素的原子百分数为50％～70％；所述CrAlSiN层中Si元素的原子百分数为5％～12％，Al元素的原子百分数为40％～60％。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述CrAlVN层沉积时采用面心立方结构的沉积方法，所述CrAlSiN层沉积时采用面心立方结构的沉积方法或者采用面心立方和密排六方组成混合结构的沉积方法。
7.根据权利要求6所述的复合涂层刀具，其特征在于，当所述CrAlSiN层沉积时采用面心立方和密排六方组成混合结构的沉积方法时，所述CrAlVN层与CrAlSiN层的厚度之比≥1。
8.根据权利要求1～3中任一项所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述周期性涂层的总厚度为2μm～12μm。
9.根据权利要求8所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述周期性涂层的总厚度为2μm～6μm。
10.根据权利要求1～3中任一项所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述复合涂层还包含Cr1-xAlxN过渡层，其中，0≤x≤0.7，所述Cr1-xAlxN过渡层沉积于所述刀具基体表面，所述周期性涂层沉积于所述Cr1-xAlxN过渡层上。
11.根据权利要求10所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述Cr1-xAlxN过渡层中，0.5≤x≤0.7。
12.根据权利要求10所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述Cr1-xAlxN过渡层的厚度为100nm～1000nm，所述Cr1-xAlxN过渡层的晶体结构为面心立方结构。
13.一种如权利要求1～9中任一项所述的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将刀具基体进行预处理；
(2)在预处理后的刀具基体上交替沉积CrAlVN层和CrAlSiN层，在沉积过程中，将CrAlVN层制成面心立方结构，将CrAlSiN层制成面心立方结构或者制成面心立方和密排六方组成的混合结构，通过控制CrAlVN层和CrAlSiN层的厚度，使CrAlSiN层在CrAlVN层上共格外延生长成超点阵结构，形成以“CrAlVN层/CrAlSiN层”为调制周期的周期性涂层，得到含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具。
14.一种如权利要求10～12中任一项所述的含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)将刀具基体进行预处理；
(2)在预处理后的刀具基体上沉积Cr1-xAlxN过渡层；
(3)在预处理后的刀具基体上交替沉积CrAlVN层和CrAlSiN层，在沉积过程中，将CrAlVN层制成面心立方结构，将CrAlSiN层制成面心立方结构或者制成面心立方和密排六方组成的混合结构，通过控制CrAlVN层和CrAlSiN层的厚度，使CrAlSiN层在CrAlVN层上共格外延生长成超点阵结构，形成以“CrAlVN层/CrAlSiN层”为调制周期的周期性涂层，得到含CrAlVN层和CrAlSiN层的复合涂层刀具。
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