CN105088137B - 含复合结构涂层的涂层刀具及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含复合结构涂层的涂层刀具及其制备方法，该涂层刀具包括刀具基体和复合结构涂层，复合结构涂层包括Me_1‑a‑bAl_aX_bN底层和Me_1‑a‑bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，其中，0.2≤a≤0.7，0≤b≤0.2且0.2≤a+b≤0.7，Me为Ti或Cr中的一种，X为Si、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W中的一种或多种。制备方法主要利用物理气相沉积工艺，先选择性地沉积过渡层，然后沉积Me_{1‑a‑ b}Al_aX_bN底层和Me_1‑a‑bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层。本发明的涂层刀具具有高硬度、高耐磨性和优异的抗氧化性，制备工艺简单，生产成本低。

Description

含复合结构涂层的涂层刀具及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种涂层刀具及其制备方法，尤其涉及一种含复合结构涂层的涂层刀具及其制备方法。

背景技术

随着高速切削和干式切削技术的广泛应用，切削刀具的应用温度越来越高，在刀具基体表面涂覆高耐磨性和高温抗氧化性的保护涂层成为目前切削刀具的发展趋势。TiAlN涂层和CrAlN涂层由于其高硬度、高熔点和抗氧化性好等优良性能，在切削刀具上应用最为广泛。但是，TiAlN涂层在高于1000℃时转变为稳定相使力学性能下降，其抗氧化温度更是低于850℃；CrAlN涂层虽然抗氧化温度高于1000℃，但其在900℃以上会发生热分解而使力学性能下降。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，超过了TiAlN和CrAlN涂层的服役温度。在TiAlN和CrAlN涂层中添加合金元素可在一定程度上改善涂层的力学及热性能，但在改善其抗氧化性能上作用有限。Al₂O₃是目前抗氧化性能优异的刀具涂层材料，但由于其力学性能较低，而且无法直接在硬质合金基体上沉积，否则容易导致硬质合金基体氧化而失效，只能使其先和其它涂层材料组合才能应用于切削刀具，最常用的方法是将具有高耐磨性的底层涂层和Al₂O₃表层结合，但采用该结构的涂层刀具在切削过程中，由于Al₂O₃表层硬度较低而快速磨损，从而失去对刀具的保护作用。

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，提供一种具有与基体之间结合强度良好的高耐磨性底层涂层和优异抗氧化能力的表层涂层的高硬度含复合结构涂层的涂层刀具，还相应提供一种工艺简单、设备要求低、生产成本低的含复合结构涂层的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复合结构涂层的涂层刀具，包括刀具基体和沉积于刀具基体上的复合结构涂层，所述复合结构涂层包括沉积于刀具基体上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层上的Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，所述Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Me_1-a-bAl_aX_bN层和Al₂O₃层为调制周期的多周期涂层；所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层和Me_1-a-bAl_aX_bN层中，0.2≤a≤0.7，0≤b≤0.2且0.2≤a+b≤0.7，Me为Ti或Cr中的一种，X为Si、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W中的一种或多种，所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层和Me_1-a-bAl_aX_bN层的晶体结构均为面心立方结构。

上述的涂层刀具中，所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层和Me_1-a-bAl_aX_bN层中，优选的，0.3≤a≤0.66，0.04≤b≤0.15。

上述的涂层刀具中，所述复合结构涂层的总厚度优选1.8μm～12μm，更优选2μm～6μm。

上述的涂层刀具中，所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层的厚度优选1μm～6μm，更优选1μm～3μm。

上述的涂层刀具中，所述Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层的总厚度优选0.8μm～6μm，更优选0.8μm～3μm。

上述的涂层刀具中，所述Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层中，所述Me_1-a-bAl_aX_bN层的单层厚度优选50nm～500nm，更优选100nm～200nm，所述Al₂O₃层的单层厚度优选50nm～500nm，更优选200nm～300nm。

上述的涂层刀具中，优选的，所述复合结构涂层与所述刀具基体之间还设有过渡层，所述过渡层为Me_1-a-bAl_aX_b合金层。

上述的涂层刀具中，所述过渡层的厚度优选50nm～100nm，更优选50nm～80nm。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：采用物理气相沉积工艺，先利用MeAlX靶在所述刀具基体上沉积Me_1-a-bAl_aX_bN底层，然后利用MeAlX靶和Al靶交替沉积方式在所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层上沉积以Me_1-a-bAl_aX_bN层和Al₂O₃层为一个调制周期的多周期涂层，在沉积Me_1-a-bAl_aX_bN层时，关掉Al靶电源，充入N₂气氛，在沉积Al₂O₃层时，关掉MeAlX靶电源，充入O₂气氛，得到含复合结构涂层的涂层刀具。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种上述含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：采用物理气相沉积工艺，先在所述刀具基体上沉积过渡层，然后利用MeAlX靶在所述过渡层上沉积Me_1-a-bAl_aX_bN底层，再利用MeAlX靶和Al靶交替沉积方式在所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层上沉积以Me_1-a-bAl_aX_bN层和Al₂O₃层为一个调制周期的多周期涂层，在沉积Me_1-a-bAl_aX_bN层时，关掉Al靶电源，充入N₂气氛，在沉积Al₂O₃层时，关掉MeAlX靶电源，充入O₂气氛，得到含复合结构涂层的涂层刀具。

上述本发明的技术方案中，经研究和试验发现，在目前常用的TiAlN涂层和CrAlN涂层中添加合金元素可显著提升涂层的硬度，此外合金元素的加入还可抑制亚稳相的TiAlN和CrAlN的热分解，从而改善其稳定性。在上述Me_1-a-bAl_aX_bN底层中，合金元素X的含量选为0≤b≤0.2，优选为0.04≤b≤0.15。

上述本发明的技术方案中，所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层的力学性能、热性能和晶体结构与Al含量密切相关，经过试验研究表明，在保持面心立方结构的前提下，增加Al含量会改善涂层的性能；但当Al含量增加到一定程度时涂层的晶体结构会由立方结构向六方结构转化而使涂层的性能降低。因此，Me_1-a-bAl_aX_bN底层涂层中的Al含量的范围选为0.2≤a≤0.7，优选0.3≤a≤0.66。

上述本发明的技术方案中，所述Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是通过Me_{1-a- b}Al_aX_bN层和Al₂O₃层的组合，结合了Me_1-a-bAl_aX_bN层的高耐磨性和Al₂O₃层的优异的高温抗氧化能力，有效的提高了涂层对刀具的保护作用。该周期性涂层中Me_1-a-bAl_aX_bN层和Al₂O₃层的单层厚度过厚或过薄，均有可能影响本发明复合结构涂层对刀具的保护作用，因此，Me_{1-a- b}Al_aX_bN层的单层厚度优选50nm～500nm，更优选100nm～200nm，而Al₂O₃层的厚度优选50nm～500nm，更优选200nm～300nm，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层的总厚度优选0.8μm～6μm，更优选0.8μm～3μm，过低的Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃层厚度会降低涂层的高温抗氧化性能。

上述本发明的技术方案中，虽然Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层结合了Me_{1-a- b}Al_aX_bN层的高耐磨性和Al₂O₃层优异的高温抗氧化能力，但因为Me_1-a-bAl_aX_bN层和Al₂O₃层的晶体结构完全迥异，所以在涂层生长过程中会存在较大的界面应力而影响涂层与基体的结合强度。因此，本发明通过Me_1-a-bAl_aX_bN底层的引入可有效解决上述问题，改善涂层与基体的结合强度；另外，高耐磨性的Me_1-a-bAl_aX_bN底层会提高涂层刀具的耐磨性。因此，Me_{1-a- b}Al_aX_bN底层的厚度优选1μm～6μm，更优选1μm～3μm。

上述本发明的技术方案中，所述复合结构涂层的总厚度优选为1.8μm～12μm，更优选为2μm～6μm。因为所述复合结构涂层如果过薄，会影响到复合结构涂层的保护性能和保护效果，但过厚的复合结构涂层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。

上述本发明的技术方案中，复合结构涂层还优选包括有一沉积于所述刀具基体表面的过渡层，该过渡层为Me_1-a-bAl_aX_b合金层(a，b的选取同Me_1-a-bAl_aX_bN底层)，所述Me_{1-a- b}Al_aX_bN底层则沉积于所述Me_1-a-bAl_aX_b合金层上。因为经过反复实验和研究发现，增加Me_{1-a- b}Al_aX_b合金层的结构设计能够进一步改善复合结构涂层与刀具基体的热匹配关系，从而更有效地增加所述复合结构涂层与刀具基体的结合力。而Me_1-a-bAl_aX_b合金层的厚度偏差过大会对复合结构涂层与刀具基体之间的结合强度产生消极影响，因此其厚度优选50nm～100nm，更优选50nm～80nm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的涂层刀具通过Me_1-a-bAl_aX_bN底层加强了涂层与基体的结合强度，并因为其高硬度可充当耐磨功能层。

2、本发明的涂层刀具的Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃多周期表层涂层，结合了Me_1-a-bAl_aX_bN层的高耐磨性和Al₂O₃层优异的高温抗氧化能力，有效的提高了涂层对刀具的保护作用。

3、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为本发明实施例中含复合结构涂层的涂层刀具的结构示意图。

图例说明：

1、刀具基体；2、Me_1-a-bAl_aX_b合金层；3、Me_1-a-bAl_aX_bN底层；4、Al₂O₃层；5、Me_1-a-bAl_aX_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：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Ti_0.34Al_0.66合金层)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Ti_0.34Al_0.66N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为5，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Ti_0.34Al_0.66N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是3.5μm，其中Ti_0.34Al_0.66N底层的厚度为1.5μm，Ti_0.34Al_0.66N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为2μm，Ti_0.34Al_0.66N层厚度为150nm，Al₂O₃层4厚度为250nm；Ti_0.34Al_0.66合金层的厚度为50nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为50nm的Ti_0.34Al_0.66合金层，再在Ti_0.34Al_0.66合金层上沉积1.5μmTi_0.34Al_0.66N底层，然后在Ti_0.34Al_0.66N底层上沉积以Ti_0.34Al_0.66N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，各周期中，均先沉积Al₂O₃层4，再沉积Ti_0.34Al_0.66N层，其中Ti_0.34Al_0.66N层厚度为150nm，Al₂O₃层4厚度为250nm，经过5个周期后得到厚度为2μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具A1和A2。

对照品A1’和A2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的厚度为3.5μm的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具，其它实施例的对比例中TiAlN涂层及其厚度同本实施例，且均为普通商用涂层。

将本实施例制得的涂层刀具A1和对照品A1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具A2和对照品A2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表1：实施例1的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了75％，本发明的涂层刀具在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了40％。可见，本发明的产品及工艺的技术效果非常显著。

实施例2：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Ti_0.30Al_0.60Si_0.10合金层)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_{1-a- b}Al_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为5，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是3.5μm，其中Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N底层的厚度为1.5μm，Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为2μm，Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N层厚度为150nm，Al₂O₃层4厚度为250nm；Ti_0.30Al_0.60Si_0.10合金层的厚度为50nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为50nm的Ti_0.30Al_0.60Si_0.10合金层，再在Ti_0.30Al_0.60Si_0.10合金层上沉积1.5μm厚的Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N底层，然后在Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N底层上沉积以Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N层厚度为150nm，Al₂O₃层4厚度为250nm，经过5个周期后得到厚度为2μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具B1和B2。

对照品B1’和B2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具B1和对照品B1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具B2和对照品B2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表2：实施例2的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了125％，在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了52％。相比于实施例1，Ti_0.34Al_0.66N换成了Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N，切削性能得到进一步的改善。

实施例3：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Ti_0.30Al_0.60Si_0.10合金层)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_{1-a- b}Al_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为7，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是3.6μm，其中Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N底层的厚度为1.5μm，Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为2.1μm，Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N层厚度为100nm，Al₂O₃层4厚度为200nm；Ti_0.30Al_0.60Si_0.10合金层的厚度为50nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为50nm的Ti_0.30Al_0.60Si_0.10合金层，再在Ti_0.30Al_0.60Si_0.10合金层上沉积1.5μm厚的Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N底层，然后在Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N底层上沉积以Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N层厚度为100nm，Al₂O₃层4厚度为200nm，经过7个周期后得到厚度为2.1μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具C1和C2。

对照品C1’和C2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具C1和对照品C1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具C2和对照品C2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表3：实施例3的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了150％，在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了68％。相比于实施例2，周期性涂层中的Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N和Al₂O₃单层厚度发生了变化，切削性能得到进一步的改善。

实施例4：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05合金层)和沉积于Me_{1-a- b}Al_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05N底层，面心立方结构)和沉积于Me_{1-a- b}Al_aX_bN底层3上的Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为7，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是3.6μm，其中Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05N底层的厚度为1.5μm，Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为2.1μm；Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05N层的厚度为100nm，Al₂O₃层4的厚度为200nm；Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05合金层的厚度为50nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为50nm的Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05合金层，再在Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05合金层上沉积1.5μm厚的Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05N底层，然后在Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05N底层上沉积以Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05N层厚度为100nm，Al₂O₃层4的厚度为200nm，经过7个周期后得到厚度为2.1μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具D1和D2。

对照品D1’和D2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具D1和对照品D1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具D2和对照品D2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表4：实施例4的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了113％，在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了36％。相比于实施例3，Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N层换做Ti_0.30Al_0.55Si_0.10Zr_0.05N层，降低了涂层刀具的切削性能。

实施例5：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05合金层)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_{1-a- b}Al_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为8，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是6μm，其中Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05N底层的厚度为2μm，Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为4μm；Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05N层的厚度为200nm，Al₂O₃层4的厚度为300nm；Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05合金层的厚度为70nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为70nm的Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05合金层，再在Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05合金层上沉积2μm厚的Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05N底层，然后在Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05N底层上沉积以Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Ti_0.35Al_0.60Hf_0.05N层厚度为200nm，Al₂O₃层4的厚度为300nm，经过8个周期后得到厚度为4μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具E1和E2。

对照品E1’和E2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具E1和对照品E1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具E2和对照品E2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表5：实施例5的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了138％，在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了68％，相比于实施例1、2、4，涂层的厚度增加，刀具的切削性能得到一定的改善。

实施例6：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Ti_0.35Al_0.60V_0.05合金层)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Ti_0.35Al_0.60V_0.05N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_{1-a- b}Al_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为8，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Ti_0.35Al_0.60V_0.05N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是6μm，其中Ti_0.35Al_0.60V_0.05N底层的厚度为2μm，Ti_0.35Al_0.60V_0.05N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为4μm，Ti_0.35Al_0.60V_0.05N层厚度为200nm，Al₂O₃层4的厚度为300nm；Ti_0.35Al_0.60V_0.05合金层的厚度为70nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为70nm的Ti_0.35Al_0.60V_0.05合金层，再在Ti_0.35Al_0.60V_0.05合金层上沉积2μm厚的Ti_0.35Al_0.60V_0.05N底层，然后在Ti_0.35Al_0.60V_0.05N底层上沉积以Ti_0.35Al_0.60V_0.05N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Ti_0.35Al_0.60V_0.05N层厚度为200nm，Al₂O₃层4的厚度为300nm，经过8个周期后得到厚度为4μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具F1和F2。

对照品F1’和F2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具F1和对照品F1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具F2和对照品F2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表6：实施例6的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了75％，在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了24％。而相比于实施例5，合金元素改变，切削性能降低。

实施例7：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10合金层)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_{1-a- b}Al_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为15，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Ti₀.₃₅Al₀.₅₅Mo₀.₁₀N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是8μm，其中Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10N底层的厚度为2μm，Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为6μm，Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10N层厚度为180nm，Al₂O₃层4的厚度为220nm；Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10合金层的厚度为80nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为80nm的Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10合金层，再在Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10合金层2上沉积2μm厚的Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10N底层，然后在Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10N底层上沉积以Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Ti_0.35Al_0.55Mo_0.10N层厚度为180nm，Al₂O₃层4的厚度为220nm，经过15个周期后得到厚度为6μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具G1和G2。

对照品G1’和G2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具G1和对照品G1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具G2和对照品G2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表7：实施例7的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了63％，在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了40％，相比于前面的实施实例，涂层的合金元素及厚度均发生改变。

实施例8：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05合金层)和沉积于Me_{1-a- b}Al_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05N底层，面心立方结构)和沉积于Me_{1-a- b}Al_aX_bN底层3上的Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为5，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05N底层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是3.2μm，其中Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05N底层的厚度为1μm，Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为2.2μm，Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05N层厚度为160nm，Al₂O₃层4的厚度为280nm；Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05合金层的厚度为60nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为60nm的Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05合金层，再在Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05合金层上沉积1μm厚的Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05N底层，然后在Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05N底层上沉积以Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Ti_0.35Al_0.55Ta_0.05Nb_0.05N层厚度为160nm，Al₂O₃层4的厚度为280nm，经过5个周期后得到厚度为2.2μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具H1和H2。

对照品H1’和H2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具H1和对照品H1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具H2和对照品H2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表8：实施例8的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了100％，在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了64％。

实施例9：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Ti_0.50Al_0.30W_0.20合金层)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Ti_0.50Al_0.30W_0.20N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_{1-a- b}Al_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为4，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Ti_0.50Al_0.30W_0.20N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是4μm，其中Ti_0.50Al_0.30W_0.20N底层的厚度为2μm，Ti_0.50Al_0.30W_0.20N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为2μm，Ti_0.50Al_0.30W_0.20N层厚度为200nm，Al₂O₃层4的厚度为300nm；Ti_0.50Al_0.30W_0.20合金层的厚度为60nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为60nm的Ti_0.50Al_0.30W_0.20合金层，再在Ti_0.50Al_0.30W_0.20合金层上沉积2μm厚的Ti_0.50Al_0.30W_0.20N底层，然后在Ti_0.50Al_0.30W_0.20N底层上沉积以Ti_0.50Al_0.30W_0.20N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Ti_0.50Al_0.30W_0.20N层厚度为200nm，Al₂O₃层4的厚度为300nm，经过4个周期后得到厚度为2μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具I1和I2。

对照品I1’和I2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具I1和对照品I1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具I2和对照品I2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表9：实施例9的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了50％，在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了20％。

实施例10：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10合金层)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为3，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是3.9μm，其中Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N底层的厚度为3μm，Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为0.9μm，Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N层厚度为100nm，Al₂O₃层4的厚度为200nm；Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10合金层的厚度为60nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对前述刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为60nm的Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10合金层，再在Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10合金层上沉积3μm厚的Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N底层，然后在Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N底层上沉积以Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N层厚度为100nm，Al₂O₃层4的厚度为200nm，经过3个周期后得到厚度为0.9μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具J1和J2。

对照品J1’和J2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具J1和对照品J1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具J2和对照品J2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表10：实施例10的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了113％，在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了60％。

实施例11：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10合金层)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_{1-a- b}Al_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为5，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是3.5μm，其中Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N底层的厚度为2μm，Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为1.5μm，Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N层厚度为100nm，Al₂O₃层4的厚度为200nm；Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10合金层的厚度为50nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为50nm的Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10合金层，再在Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10合金层上沉积2μm厚的Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N底层，然后在Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N底层上沉积以Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Ti_0.40Al_0.50Zr_0.10N层厚度为100nm，Al₂O₃层4的厚度为200nm，经过5个周期后得到厚度为1.5μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具K1和K2。

对照品K1’和K2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具K1和对照品K1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具K2和对照品K2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表11：实施例11的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了138％，在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了76％。相比于实施例10，本实施例仅改变了底层和表面周期性涂层的厚度，切削性能有所提高。

实施例12：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Cr_0.30Al_0.70合金层)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Cr_0.30Al_0.70N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为5，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Cr_0.30Al_0.70N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是3.5μm，其中Cr_0.30Al_0.70N底层的厚度为1.5μm，Cr_0.30Al_0.70N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为2μm，Cr_0.30Al_0.70N层厚度为150nm，Al₂O₃层4的厚度为250nm；Cr_0.30Al_0.70合金层的厚度为50nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为50nm的Cr_0.30Al_0.70合金层，再在Cr_0.30Al_0.70合金层上沉积1.5μmCr_0.30Al_0.70N底层，然后在Cr_0.30Al_0.70N底层上沉积以Cr_0.30Al_0.70N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Cr_0.30Al_0.70N层厚度为150nm，Al₂O₃层4的厚度为250nm，经过5个周期后得到厚度为2μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具L1和L2。

对照品L1’和L2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具L1和对照品L1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具L2和对照品L2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表12：实施例12的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了100％，本发明的涂层刀具在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了24％。可见，本发明的产品及工艺的技术效果非常显著。

实施例13：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，包括刀具基体1和沉积于刀具基体1上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Cr_0.30Al_0.70N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为5，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Cr_0.30Al_0.70N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是3.5μm，其中Cr_0.30Al_0.70N底层的厚度为1.5μm，Cr_0.30Al_0.70N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为2μm，Cr_0.30Al_0.70N层厚度为150nm，Al₂O₃层4的厚度为250nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积1.5μmCr_0.30Al_0.70N底层，然后在Cr_0.30Al_0.70N底层上沉积以Cr_0.30Al_0.70N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Cr_0.30Al_0.70N层厚度为150nm，Al₂O₃层4的厚度为250nm，经过5个周期后得到厚度为2μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具M1和M2。

对照品M1’和M2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具M1和对照品M1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具M2和对照品M2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表13：实施例13的本发明涂层刀具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，本发明的涂层刀具在车削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了50％，本发明的涂层刀具在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了20％。相比于实施例12，仅去掉了CrAl层，但切削性能下降，表明过渡层的重要性。

实施例14：

一种本发明的含复合结构涂层的涂层刀具，如图1所示，包括刀具基体1、沉积于刀具基体1上的Me_1-a-bAl_aX_b合金层2(具体为Cr_0.30Al_0.60Si_0.10合金层)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的复合结构涂层，该复合结构涂层包括沉积于Me_1-a-bAl_aX_b合金层2上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层3(具体为Cr_0.30Al_0.60Si_0.10N底层，面心立方结构)和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层3上的Me_{1-a- b}Al_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Al₂O₃层4和Me_1-a-bAl_aX_bN层5为一个调制周期的多周期涂层，周期数为5，Me_1-a-bAl_aX_bN层5具体为Cr_0.30Al_0.60Si_0.10N层，面心立方结构。

在该涂层刀具中，复合结构涂层的总厚度是3.5μm，其中Cr_0.30Al_0.60Si_0.10N底层的厚度为1.5μm，Cr_0.30Al_0.60Si_0.10N/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为2μm；Cr_0.30Al_0.60Si_0.10N层厚度为150nm，Al₂O₃层4的厚度为250nm；Cr_0.30Al_0.60Si_0.10合金层的厚度为50nm。

一种上述本实施例的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：

分别用型号为CNMG120408和SEET12T3的硬质合金刀片作为刀具基体1，先对刀具基体1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1上采用物理气相多靶沉积方法首先在刀具基体1上沉积厚度为50nm的Cr_0.30Al_0.60Si_0.10合金层，再在Cr_0.30Al_0.60Si_0.10合金层上沉积1.5μm厚的Cr_0.30Al_0.60Si_0.10N底层，然后在Cr_0.30Al_0.60Si_0.10N底层上沉积以Cr_0.30Al_0.60Si_0.10N/Al₂O₃为调制周期的多周期涂层，其中Cr_0.30Al_0.60Si_0.10N层厚度为150nm，Al₂O₃层4的厚度为250nm，经过5个周期后得到厚度为2μm的周期性涂层，并最终得到本发明的涂层刀具N1和N2。

对照品N1’和N2’同样是以上述两种硬质合金刀片作为刀具基体，按普通的物理气相沉积方法分别沉积普通的TiAlN涂层制成的硬质合金涂层刀具。

将本实施例制得的涂层刀具N1和对照品N1’进行连续车削不锈钢(1Cr18Ni9Ti)的对比实验，将本实施例制得的涂层刀具N2和对照品N2’进行铣削钢材NAK80的对比实验，对比实验结果如下表所示。

表14：实施例14的本发明涂层刀具与对照品的对比实验效果

由上表14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条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了75％，在铣削条件下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了28％。相比于实施例2，将过渡层Ti_0.30Al_0.60Si_0.10层改为Cr_0.30Al_0.60Si_0.10层，Ti_0.30Al_0.60Si_0.10N层改成了Cr_0.30Al_0.60Si_0.10N，切削性能较实施例2有所下降。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种含复合结构涂层的涂层刀具，包括刀具基体和沉积于刀具基体上的复合结构涂层，其特征在于：所述复合结构涂层包括沉积于刀具基体上的Me_1-a-bAl_aX_bN底层和沉积于Me_1-a-bAl_aX_bN底层上的Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层，所述Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层是以Me_1-a-bAl_aX_bN层和Al₂O₃层为调制周期的多周期涂层；所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层和Me_{1-a- b}Al_aX_bN层中，0.2≤a≤0.7，0≤b≤0.2且0.2≤a+b≤0.7，Me为Ti或Cr中的一种，X为Si、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W中的一种或多种，所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层和Me_1-a-bAl_aX_bN层的晶体结构均为面心立方结构；

所述复合结构涂层的总厚度为1.8μm～12μm；

所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层的厚度为1μm～6μm；

所述Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为0.8μm～6μm；

所述Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层中，所述Me_1-a-bAl_aX_bN层的单层厚度为50nm～500nm，所述Al₂O₃层的单层厚度为50nm～500nm。

2.根据权利要求1所述的含复合结构涂层的涂层刀具，其特征在于：所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层和Me_1-a-bAl_aX_bN层中，0.3≤a≤0.66，0.04≤b≤0.15。

3.根据权利要求1所述的含复合结构涂层的涂层刀具，其特征在于：所述复合结构涂层的总厚度为2μm～6μm。

4.根据权利要求1所述的含复合结构涂层的涂层刀具，其特征在于：所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层的厚度为1μm～3μm。

5.根据权利要求1所述的含复合结构涂层的涂层刀具，其特征在于：所述Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层的总厚度为0.8μm～3μm。

6.根据权利要求1所述的含复合结构涂层的涂层刀具，其特征在于：所述Me_1-a-bAl_aX_bN/Al₂O₃周期性涂层中，所述Me_1-a-bAl_aX_bN层的单层厚度为100nm～200nm，所述Al₂O₃层的单层厚度为200nm～300nm。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的含复合结构涂层的涂层刀具，其特征在于：所述复合结构涂层与所述刀具基体之间还设有过渡层，所述过渡层为Me_1-a-bAl_aX_b合金层。

8.根据权利要求7所述的含复合结构涂层的涂层刀具，其特征在于：所述过渡层的厚度为50nm～100nm。

9.根据权利要求8所述的含复合结构涂层的涂层刀具，其特征在于：所述过渡层的厚度为50nm～80nm。

10.一种如权利要求1～6中任一项所述的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：采用物理气相沉积工艺，先利用MeAlX靶在所述刀具基体上沉积Me_1-a-bAl_aX_bN底层，然后利用MeAlX靶和Al靶交替沉积方式在所述Me_1-a-bAl_aX_bN底层上沉积以Me_1-a-bAl_aX_bN层和Al₂O₃层为一个调制周期的多周期涂层，在沉积Me_1-a-bAl_aX_bN层时，关掉Al靶电源，充入N₂气氛，在沉积Al₂O₃层时，关掉MeAlX靶电源，充入O₂气氛，得到含复合结构涂层的涂层刀具。

11.一种如权利要求7～9中任一项所述的含复合结构涂层的涂层刀具的制备方法，包括以下步骤：采用物理气相沉积工艺，先在所述刀具基体上沉积过渡层，然后利用MeAlX靶在所述过渡层上沉积Me_1-a-bAl_aX_bN底层，再利用MeAlX靶和Al靶交替沉积方式在所述Me_{1-a- b}Al_aX_bN底层上沉积以Me_1-a-bAl_aX_bN层和Al₂O₃层为一个调制周期的多周期涂层，在沉积Me_{1-a- b}Al_aX_bN层时，关掉Al靶电源，充入N₂气氛，在沉积Al₂O₃层时，关掉MeAlX靶电源，充入O₂气氛，得到含复合结构涂层的涂层刀具。