CN104441814B - 多层涂层刀具及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多层涂层刀具及其制备方法。该多层涂层刀具包括刀具基体和多层涂层，多层涂层中包含有一交替沉积Ti1‑aAlaN层和AlbTi1‑bN层的多周期涂层，Ti1‑aAlaN层与AlbTi1‑ bN层的厚度之比≥1，二者单层厚度均为2nm～40nm，共格外延生长成超点阵结构。制备方法包括将刀具基体预处理，然后选择性沉积过渡层，再沉积以“Ti1‑aAlaN层/AlbTi1‑bN层”为调制周期的多周期涂层，得到多层涂层刀具。本发明的多层涂层刀具具有高硬度、高热性能的特点，存在Ti1‑aAlaN层与AlbTi1‑bN层的共格界面，制备方法工艺简单、设备常规、生产成本低。

Description

多层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，尤其涉及一种存在共格界面的TiAlN/AlTiN多层涂层刀具及其制备方法。
背景技术
表面涂层技术的发展与应用对改善刀具性能和推动切削加工技术进步起到了十分关键的作用，涂层刀具已成为现代刀具发展的重要方向。涂层刀具结合了表面涂层高耐磨性、低摩擦系数和基体高韧性、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。TiAlN涂层因具有高硬度、高熔点和高的热性能等优良性能成为目前切削刀具最常用的涂层材料。TiAlN涂层是由Al原子替代面心立方结构(c)TiN中部分Ti原子形成的亚稳相置换固溶体，其力学性能和高温抗氧化性能很大程度上由其Al含量决定。在保持面心立方结构的前提下，TiAlN涂层的力学和抗氧化性能会随涂层中的Al含量上升而得到改善；当Al含量超过TiN中Al的固溶度时，涂层的晶体结构由面心立方结构向密排六方结构(w)转变，涂层的力学性能急剧下降，如何在保持面心立方结构的情况下提高Al含量成为改善Ti-Al-N涂层性能的关键问题。TiN涂层中Al的固溶度与沉积工艺密切相关，譬如通过调整工艺参数，降低涂层沉积速度来控制沉积粒子的扩散速率可以增加TiN中Al的固溶度。虽然增加TiAlN涂层中的Al含量可提高涂层的力学性能和高温抗氧化性能，但是，高的Al含量会促使亚稳的TiAlN涂层向其稳定相转化，降低其热稳定性，从而导致其高温力学性能下降。
中国专利文献ZL200710036185.1公开了一种纳米多层涂层，该纳米多层涂层是以TiN/(Tix，Al1-x)N/(Tiy，Al1-y)N/(Tix，Al1-x)N为一个周期的多周期涂层，涂层中TiN层的引入降低了涂层中的Al含量，降低了涂层的高温抗氧化性，另外，对(Tix，Al1-x)N等单层涂层的成分、厚度的控制均不能很好的最优化TiAlN涂层的性能。
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，提供一种具有高硬度、高热性能、存在Ti1-aAlaN层与AlbTi1-bN层共格界面的多层涂层刀具，还相应提供一种工艺简单、设备常规、生产成本低的多层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多层涂层刀具，包括刀具基体和沉积于刀具基体上的多层涂层，所述多层涂层中包含有一交替沉积Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN层的多周期涂层，其中0.4≤a≤0.67，0.60≤b≤0.75，且a＜b；所述多周期涂层中，所述Ti1-aAlaN层与AlbTi1-bN层的厚度之比≥1，所述Ti1-aAlaN层的单层厚度为2nm～40nm，所述AlbTi1-bN层的单层厚度为2nm～40nm，所述Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN层共格外延生长成超点阵结构。
上述的多层涂层刀具中，优选的，所述多周期涂层中，0.5≤a≤0.67，0.67≤b≤0.75，1≤Ti1-aAlaN层与AlbTi1-bN层的厚度之比≤10，所述Ti1-aAlaN层的单层厚度为2nm～20nm，所述AlbTi1-bN层的单层厚度为2nm～20nm。
上述的多层涂层刀具中，优选的，所述多层涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“Ti1-aAlaN层到AlbTi1-bN层”的周期性变化趋势。
上述的多层涂层刀具中，优选的，所述Ti1-aAlaN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AlbTi1-bN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(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)。
上述的多层涂层刀具中，优选的，所述多层涂层中还包含有一沉积于所述刀具基体表面的Ti1-cAlcN过渡层，其中0≤c≤0.67，所述多周期涂层沉积于所述Ti1-cAlcN过渡层上。
上述的多层涂层刀具中，更优选的，所述Ti1-cAlcN过渡层中，0.5≤c≤0.67。
上述的多层涂层刀具中，优选的，所述Ti1-cAlcN过渡层的晶体结构为面心立方结构；所述Ti1-cAlcN过渡层的厚度为50nm～1000nm。
上述的多层涂层刀具中，优选的，所述多层涂层的总厚度为2μm～12μm。更优选的，所述多层涂层的总厚度为2μm～6μm。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的多层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Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN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Ti1-aAlaN层到AlbTi1-bN层为一个周期，，重复多个周期)，在沉积过程中，将Ti1-aAlaN层制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层制成面心立方和密排六方组成的混合结构，通过控制Ti1-aAlaN层的单层厚度为2nm～40nm，AlbTi1-bN层的单层厚度为2nm～40nm，且Ti1-aAlaN层与AlbTi1-bN层的厚度之比≥1，使AlbTi1-bN层在Ti1-aAlaN层上共格外延生长成超点阵结构，形成以“Ti1-aAlaN层/AlbTi1-bN层”为调制周期的多周期涂层，得到多层涂层刀具。
作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述的多层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Ti1-cAlcN过渡层；
(3)在Ti1-cAlcN过渡层上交替沉积Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN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Ti1-aAlaN层到AlbTi1-bN层为一个周期，重复多个周期)，在沉积过程中，将Ti1-aAlaN层制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层制成面心立方和密排六方组成的混合结构，通过控制Ti1-aAlaN层的单层厚度为2nm～40nm，AlbTi1-bN层的单层厚度为2nm～40nm，且Ti1-aAlaN层与AlbTi1-bN层的厚度之比≥1，使AlbTi1-bN层在Ti1-aAlaN层上共格外延生长成超点阵结构，形成以“Ti1-aAlaN层/AlbTi1-bN层”为调制周期的多周期涂层，得到多层涂层刀具。
本发明的多层涂层刀具及制备方法中，所述刀具基体可以为本领域公知的各种切削刀具，特别是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。本领域技术人员可以根据已有的技术知识通过控制涂层炉中载物基座的旋转速率和各靶材的功率，使所述各涂层的单层厚度控制在上述范围内。通常优选物理气相多靶交替沉积方法进行沉积。
本发明的多层涂层刀具中，Ti1-aAlaN层中Al含量的原子百分数为40％～67％，优选为50％～67％，在制备过程中，按Ti1-aAlaN层成分制备的单层涂层应为面心立方结构。Al元素的含量过高会使涂层的晶体结构由面心立方向密排六方转化，而过低则会影响到涂层的性能(例如涂层硬度、热性能等)。
本发明的多层涂层刀具中，AlbTi1-bN层中Al含量的原子百分数为60％～75％，优选为67％～75％，在制备过程中，按AlbTi1-bN层成分制备的单层涂层应为面心立方与密排六方的两相混合晶体结构。在制备多周期涂层中，将AlbTi1-bN层制备为两相结构的原因如下：如果AlbTi1-bN层与Ti1-aAlaN层均为单相面心立方结构，则界面之间应变有限，限制了界面强化作用，而且达不到提高涂层Al含量的目的；如果AlbTi1-bN层是完全的密排六方结构，则AlbTi1-bN层很难在Ti1-aAlaN层上共格外延生长。
本发明的多层涂层刀具中，由于TiN中Al的固溶度通常为60％～67％，在涂层中Al含量的原子百分数为60％～67％时，可以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，制备方法均可采用现有常规方法(如Li Chen等的文献Compositional and structural evolution of sputtered Ti-Al-N,Thin solidfilms,517(2009):6635–6641中的方法)。
本发明的多层涂层刀具中，Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN层的单层厚度均为2nm～40nm，优选为2nm～20nm，且Ti1-aAlaN层的厚度不小于AlbTi1-bN层。在本发明的技术方案中，Ti1- aAlaN层和AlbTi1-bN层的单层厚度过厚或过薄，均有可能影响本发明多周期涂层的界面强化作用。
本发明的多层涂层刀具中，Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN层共格外延生长成超点阵结构。这种共格结构的界面强化效应可提高涂层的力学性能，而且共格外延生长结构可在保持涂层为面心立方结构的同时在一定程度上提高涂层中的Al含量，从而提高涂层的抗氧化性能。另外，由于层间界面作用可抑制高Al含量的AlbTi1-bN层的热分解行为，从而在整体上可改善多周期涂层的热稳定性。为保证两相结构的AlbTi1-bN层在面心立方结构的Ti1-aAlaN层上共格外延生长，需满足以下两个条件：1、Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN层的厚度比例≥1；2、多周期涂层中Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN层单层厚度均为2nm～40nm。
本发明的多层涂层刀具中，Ti1-cAlcN涂层作为过渡层的厚度在本领域人员公知的范围内为50nm～1000nm，而本发明中Ti1-cAlcN过渡层的厚度优选为100nm～500nm。Ti1-cAlcN过渡层中Al元素的原子百分数为0％～67％，优选为50％～67％。Ti1-cAlcN过渡层中Al元素的含量过高，则Ti1-cAlcN向密排六方转化，降低其性能(例如涂层硬度、热稳定性等)，另外，在Ti1-cAlcN过渡层表面沉积的多周期涂层也无法保证呈立方结构，过低也会影响到涂层的性能。
本发明的多层涂层刀具中，多层涂层的总厚度优选为2μm～12μm，更优选为2μm～6μm。经过反复实验和研究，多层涂层过薄，会影响到涂层的保护性能和保护效果；多层涂层过厚，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。
相比于现有技术，本发明的优点在于：
本发明的多层涂层刀具包含有一交替沉积Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN层的多周期涂层，两相结构的AlbTi1-bN层在立方结构的Ti1-aAlaN层上外延生长，这样既能保持涂层的面心立方结构，又提高了涂层中的Al含量，改善了涂层的力学性能和抗氧化性能。本发明还通过界面强化作用抑制了涂层的热分解行为，提高了涂层的热稳定性。
本发明针对该多层涂层刀具提供了一种工艺简单、设备要求低、生产成本低的制备方法。通过本发明的方法制备的多层涂层刀具能够满足高速切削的需求，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～实施例11、实施例13中的多层涂层刀具的结构示意图。
图2为本发明实施例12中的多层涂层刀具的结构示意图。
图例说明：
1、刀具基体；2、Ti1-cAlcN过渡层；3、Ti1-aAlaN层；4、AlbTi1-bN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
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为Ti0.60Al0.40N过渡层，厚度为500nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1-aAlaN层3具体为Ti0.50Al0.50N层，单层厚度为12nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.60Ti0.40N层，单层厚度为8nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1- aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有150个周期。该多层涂层的总厚度3.5μm。
本实施例中，Ti1-cAlcN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1- aAlaN层3和AlbTi1-bN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)。Ti1-aAlaN层3的沉积过程中，将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，AlbTi1-bN层4的沉积过程中，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，通过厚度控制使AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，其它实施例同此说明。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积Ti1-cAlcN过渡层2(具体为Ti0.60Al0.40N过渡层)。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在Ti1-cAlcN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.50Al0.50N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.60Ti0.40N层)，其中以Ti1-aAlaN层3到AlbTi1-bN层4为一个周期，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过150个周期后，得到多层涂层刀具。
上述的制备方法中，Ti、Al元素的含量均通过调节各靶材的成分进行控制，沉积Ti1-cAlcN过渡层2的基体偏压一般选在150V～200V范围，可改善涂层与基体之间的结合强度，沉积Ti1-aAlaN层3的基体偏压一般在0～120V范围(本实施例中为80V)，Ti1-cAlcN过渡层2的基体偏压高于Ti1-aAlaN层3的基体偏压，其它实施例同此说明。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构，厚度均为3.8μm，下同)，然后用本实施例1制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表1所示：
表1：实施例1的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表1可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有明显提高。可见，本发明产品及制备工艺的技术效果非常显著。
实施例2
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为Ti0.60Al0.40N过渡层，厚度为500nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1-aAlaN层3具体为Ti0.50Al0.50N层，单层厚度为6nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.60Ti0.40N层，单层厚度为4nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1- aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有300个周期。该多层涂层的总厚度3.5μm。
本实施例中，Ti1-cAlcN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1- aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积Ti1-cAlcN过渡层2(具体为Ti0.60Al0.40N过渡层)。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在Ti1-cAlcN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.50Al0.50N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.60Ti0.40N层)，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过300个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构)，然后用本实施例2制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表2所示：
表2：实施例2的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表2可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有明显提高。可见，本发明产品及制备工艺的技术效果非常显著。与实施例1相比，Ti1-aAlaN层及AlbTi1-bN层的单层厚度降低，涂层刀具的切削寿命提高。
实施例3
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为Ti0.60Al0.40N过渡层，厚度为500nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1-aAlaN层3具体为Ti0.50Al0.50N层，单层厚度为6nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.70Ti0.30N层，单层厚度为4nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1- aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有300个周期。该多层涂层的总厚度3.5μm。
本实施例中，Ti1-cAlcN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1- aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积Ti1-cAlcN过渡层2(具体为Ti0.60Al0.40N过渡层)。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在Ti1-cAlcN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.50Al0.50N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.70Ti0.30N层)，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过300个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构)，然后用本实施例3制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表3所示：
表3：实施例3的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表3可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有明显提高。可见，本发明产品及制备工艺的技术效果非常显著。与实施例2相比，AlbTi1-bN层的Al含量略有提高，涂层刀具的切削寿命有所提高。
实施例4
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为Ti0.60Al0.40N过渡层，厚度为500nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1-aAlaN层3具体为Ti0.50Al0.50N层，单层厚度为3nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.70Ti0.30N层，单层厚度为2nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1- aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有800个周期。该多层涂层的总厚度4.5μm。
本实施例中，Ti1-cAlcN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1- aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积Ti1-cAlcN过渡层2(具体为Ti0.60Al0.40N过渡层)。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在Ti1-cAlcN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.50Al0.50N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.70Ti0.30N层)，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过800个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构)，然后用本实施例4制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表4所示：
表4：实施例4的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表4可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有明显提高。可见，本发明产品及制备工艺的技术效果非常显著。
实施例5
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为Ti0.50Al0.50N过渡层，厚度为400nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1-aAlaN层3具体为Ti0.45Al0.55N层，单层厚度为16nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.75Ti0.25N层，单层厚度为4nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1- aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有400个周期。该多层涂层的总厚度8.4μm。
本实施例中，Ti1-cAlcN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1- aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积Ti1-cAlcN过渡层2(具体为Ti0.50Al0.50N过渡层)。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在Ti1-cAlcN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.45Al0.55N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.75Ti0.25N层)，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过400个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构)，然后用本实施例5制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表5所示：
表5：实施例5的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表5可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有提高。
实施例6
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为Ti0.50Al0.50N过渡层，厚度为400nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1-aAlaN层3具体为Ti0.45Al0.55N层，单层厚度为40nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.75Ti0.25N层，单层厚度为20nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1- aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有60个周期。该多层涂层的总厚度4.0μm。
本实施例中，Ti1-cAlcN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1- aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积Ti1-cAlcN过渡层2(具体为Ti0.50Al0.50N过渡层)。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在Ti1-cAlcN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.45Al0.55N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.75Ti0.25N层)，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过60个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构)，然后用本实施例6制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表6所示：
表6：实施例6的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表6可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有提高。
实施例7
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为Ti0.70Al0.30N过渡层，厚度为400nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1-aAlaN层3具体为Ti0.45Al0.55N层，单层厚度为30nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.75Ti0.25N层，单层厚度为10nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1- aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有100个周期。该多层涂层的总厚度4.4μm。
本实施例中，Ti1-cAlcN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1- aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积Ti1-cAlcN过渡层2(具体为Ti0.70Al0.30N过渡层)。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在Ti1-cAlcN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.45Al0.55N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.75Ti0.25N层)，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过100个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构)，然后用本实施例7制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表7所示：
表7：实施例7的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表7可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有提高。
实施例8
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为Ti0.70Al0.30N过渡层，厚度为500nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1-aAlaN层3具体为Ti0.50Al0.50N层，单层厚度为10nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.66Ti0.34N层，单层厚度为8nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1- aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有150个周期。该多层涂层的总厚度3.2μm。
本实施例中，Ti1-cAlcN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1- aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积Ti1-cAlcN过渡层2(具体为Ti0.70Al0.30N过渡层)。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在Ti1-cAlcN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.50Al0.50N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.66Ti0.34N层)，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过150个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构)，然后用本实施例8制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表8所示：
表8：实施例8的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表8可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有明显提高。
实施例9
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为Ti0.70Al0.30N过渡层，厚度为500nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1-aAlaN层3具体为Ti0.50Al0.50N层，单层厚度为8nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.66Ti0.34N层，单层厚度为8nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1- aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有200个周期。该多层涂层的总厚度3.7μm。
本实施例中，Ti1-cAlcN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1- aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积Ti1-cAlcN过渡层2(具体为Ti0.70Al0.30N过渡层)。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在Ti1-cAlcN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.50Al0.50N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.66Ti0.34N层)，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过200个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构)，然后用本实施例9制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表9所示：
表9：实施例9的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表9可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有明显提高。
实施例10
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为Ti0.60Al0.40N过渡层，厚度为500nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1-aAlaN层3具体为Ti0.60Al0.40N层，单层厚度为3nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.65Ti0.35N层，单层厚度为2nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1- aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有600个周期。该多层涂层的总厚度3.5μm。
本实施例中，Ti1-cAlcN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1- aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积Ti1-cAlcN过渡层2(具体为Ti0.60Al0.40N过渡层)。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在Ti1-cAlcN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.60Al0.40N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.65Ti0.35N层)，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过600个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品是采用中国专利文献ZL200710036185.1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多靶交替沉积方法在刀具基体上沉积20nm的金属Ti层，然后在金属Ti层上沉积20nm的TiN过渡层，再在TiN过渡层上沉积“TiN层到(Tix，Al1-x)N层到(Tiy，Al1-y)N到(Tix，Al1-x)N”为一个周期的多周期性变化趋势，其中(Tix，Al1-x)N层及(Tiy，Al1-y)N层的成分分别为Ti0.60Al0.40N层及Al0.65Ti0.35N，Ti、Al元素的含量均通过调节各靶材的成分进行控制，经过300个周期后，多周期涂层的总厚度为3.3μm，其中TiN层、(Tix，Al1-x)N层及(Tiy，Al1-y)N层的单层厚度分别为3nm、3nm和2nm。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在850℃和900℃氧化10h，按文献方法制备的涂层在850℃已完全氧化，而本实施例制备的周期性涂层在900℃仍未完全氧化。然后用本实施例10制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表10所示：
表10：实施例10的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表10可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比中国专利文献ZL200710036185.1公开的方法制备的涂层刀具均有明显提高。可见，本发明产品及制备工艺的技术效果非常显著。
实施例11
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为TiN过渡层，厚度为400nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1- aAlaN层3具体为Ti0.50Al0.50N层，单层厚度为6nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.66Ti0.34N层，单层厚度为4nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1-aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有300个周期。该多层涂层的总厚度3.4μm。
本实施例中，TiN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积TiN过渡层2。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在TiN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.50Al0.50N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.66Ti0.34N层)，经过300个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构)，然后用本实施例11制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表11所示：
表11：实施例11的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表11可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有明显提高。
实施例12
一种本发明的多层涂层刀具，如图2所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多周期涂层。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1-aAlaN层3具体为Ti0.50Al0.50N层，单层厚度为8nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.66Ti0.34N层，单层厚度为8nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1-aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有200个周期。该多层涂层的总厚度3.2μm。
本实施例中，多周期涂层中，Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.50Al0.50N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.66Ti0.34N层)，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过200个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构)，然后用本实施例12制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表12所示：
表12：实施例12的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表12可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有提高；但相比与实施例9，由于缺少了刀具基体和涂层之间的过渡层Ti1-cAlcN，切削性能明显下降。
实施例13
一种本发明的多层涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的多层涂层，该多层涂层中包含有Ti1-cAlcN过渡层2和多周期涂层。Ti1-cAlcN过渡层2沉积于刀具基体1的表面，多周期涂层沉积于Ti1-cAlcN过渡层2上。Ti1-cAlcN过渡层2具体为TiN过渡层，厚度为400nm。该多周期涂层为一交替沉积Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4的多层结构，Ti1- aAlaN层3具体为Ti0.50Al0.50N层，单层厚度为20nm，AlbTi1-bN层4具体为Al0.66Ti0.34N层，单层厚度为2nm。该多周期涂层以刀具基体1表面为基面向外呈现出“Ti1-aAlaN层3到AlbTi1-bN层4”的周期性变化趋势，共有150个周期。该多层涂层的总厚度3.7μm。
本实施例中，TiN过渡层2的晶体结构为面心立方结构；多周期涂层中，Ti1-aAlaN层3和AlbTi1-bN层4共格外延生长成超点阵结构。
本实施例中，刀具基体1是型号为SEET120304的硬质合金刀片。
一种上述本实施例的多层涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)对型号为SEET120304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)采用物理气相多靶交替沉积方法在刀具基体1上沉积TiN过渡层2。
(3)采用物理气相多靶交替沉积方法在TiN过渡层2上交替沉积Ti1-aAlaN层3(具体为Ti0.50Al0.50N层)和AlbTi1-bN层4(具体为Al0.66Ti0.34N层)，在沉积过程中，按常规方法将Ti1-aAlaN层3制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层4制成面心立方和密排六方组成的混合结构，在AlbTi1-bN层4沉积厚度逐渐增加的过程中，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比＜1时，AlbTi1-bN层4仍为混合结构，随着AlbTi1-bN层4沉积厚度继续增加，当Ti1-aAlaN层3与AlbTi1-bN层4的厚度之比≥1时，AlbTi1-bN层4在Ti1-aAlaN层3上共格外延生长成超点阵结构，使AlbTi1-bN层4由混合结构转变为面心立方结构，经过150个周期后，得到多层涂层刀具。
对照品同样是以上述硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法沉积目前刀具常用的Ti0.50Al0.50N和Al0.66Ti0.34N涂层(单一涂层结构)，然后用本实施例13制得的多周期涂层刀具(SEET120304)和对照品(SEET120304)进行连续铣削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，对比实验结果如下表13所示：
表13：实施例13的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表13可见，在刀具基体相同、切削条件相同的情况下，本发明的多周期涂层刀具在铣削不锈钢时的使用寿命比现有技术下的Ti0.50Al0.50N涂层和Al0.66Ti0.34N涂层刀具均有提高。
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 (10)

1.一种多层涂层刀具，包括刀具基体和沉积于刀具基体上的多层涂层，其特征在于，所述多层涂层中包含有一交替沉积Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN层的多周期涂层，其中0.55≤a≤0.67，b=0.75，且a＜b；所述多周期涂层中，1≤Ti1-aAlaN层与AlbTi1-bN层的厚度之比≤3，所述Ti1-aAlaN层的单层厚度为30nm～40nm，所述AlbTi1-bN层的单层厚度为10nm～40nm，所述Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN层共格外延生长成超点阵结构。
2.根据权利要求1所述的多层涂层刀具，其特征在于，所述多层涂层是以刀具基体表面为基面向外呈现出“Ti1-aAlaN层到AlbTi1-bN层”的周期性变化趋势。
3.根据权利要求1所述的多层涂层刀具，其特征在于，所述Ti1-aAlaN层沉积时采用面心立方结构的沉积方法，所述AlbTi1-bN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。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的多层涂层刀具，其特征在于，所述多层涂层中还包含有一沉积于所述刀具基体表面的Ti1-cAlcN过渡层，其中0≤c≤0.67，所述多周期涂层沉积于所述Ti1-cAlcN过渡层上。
5.根据权利要求4所述的多层涂层刀具，其特征在于，所述Ti1-cAlcN过渡层中，0.5≤c≤0.67。
6.根据权利要求4所述的多层涂层刀具，其特征在于，所述Ti1-cAlcN过渡层的晶体结构为面心立方结构；所述Ti1-cAlcN过渡层的厚度为50nm～1000nm。
7.根据权利要求4所述的多层涂层刀具，其特征在于，所述多层涂层的总厚度为2μm～12μm。
8.根据权利要求7所述的多层涂层刀具，其特征在于，所述多层涂层的总厚度为2μm～6μm。
9.一种如权利要求1～3中任一项所述的多层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Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN层，在沉积过程中，将Ti1-aAlaN层制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层制成面心立方和密排六方组成的混合结构，通过控制Ti1-aAlaN层的单层厚度为30nm～40nm，AlbTi1-bN层的单层厚度为10nm～40nm，且1≤Ti1-aAlaN层与AlbTi1-bN层的厚度之比≤3，使AlbTi1-bN层在Ti1-aAlaN层上共格外延生长成超点阵结构，形成以“Ti1-aAlaN层/AlbTi1-bN层”为调制周期的多周期涂层，得到多层涂层刀具。
10.一种如权利要求4～8中任一项所述的多层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Ti1-cAlcN过渡层；
（3）在Ti1-cAlcN过渡层上交替沉积Ti1-aAlaN层和AlbTi1-bN层，在沉积过程中，将Ti1-aAlaN层制成面心立方结构，将AlbTi1-bN层制成面心立方和密排六方组成的混合结构，通过控制Ti1-aAlaN层的单层厚度为30nm～40nm，AlbTi1-bN层的单层厚度为10nm～40nm，且1≤Ti1- aAlaN层与AlbTi1-bN层的厚度之比≤3，使AlbTi1-bN层在Ti1-aAlaN层上共格外延生长成超点阵结构，形成以“Ti1-aAlaN层/AlbTi1-bN层”为调制周期的多周期涂层，得到多层涂层刀具。
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