CN110468373A - 一种复合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，复合涂层包括一交替沉积A层和B层的周期性涂层，A层为Ti1‑aAlaN层，B层为交替沉积Ti1‑xAlxN层和Ti1‑y‑zAlySizN层的周期性涂层。制备方法包括将刀具基体进行预处理，然后可选择性地沉积TiAl金属层，再交替沉积A层和B层，其中B层是通过交替沉积Ti1‑xAlxN层和Ti1‑y‑zAlySizN层制得。本发明的复合涂层刀具具有高硬度、高强度、优异的高温抗氧化能力、高温稳定性与时效硬化特性，且涂层与基体之间表现出良好结合强度，制备方法工艺简单，生产成本低。

Description

一种复合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、高热性能和基体高韧性、高强度的优点，可大幅度改善刀具切削性能、提高机械加工效率，成为现代刀具的重要发展方向。TiAlN涂层具有高硬度、时效硬化和热稳定性好等优良性能，是目前应用最为普遍的切削刀具涂层材料之一。但Ti-Al-N涂层的抗氧化温度较低，约800℃，不能满足目前高速切削技术发展的需求。
为了进一步改善涂层的高温性能，TiAlN涂层的多元合金化作为改善切削刀具用涂层性能的有效途径，受到研究者的广泛重视。其中，在Ti-Al-N涂层中添加Si元素，可显著提升涂层的高温抗氧化性能和热稳定性，受到研究者的广泛关注，并逐步在刀具涂层上取得应用。然而，Si的加入使涂层的应力急剧增加，降低了涂层与基体的结合强度，显著影响其使用性能。
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、高强度、优异的高温抗氧化能力、高温稳定性与时效硬化特性、且涂层与基体之间表现出良好结合强度的复合涂层刀具，还相应提供一种工艺简单、设备常规、生产成本低的该复合涂层刀具的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。
一种复合涂层刀具，包括刀具基体和沉积于所述刀具基体上的复合涂层，所述复合涂层包括一交替沉积A层和B层的周期性涂层，所述A层为Ti1-aAlaN层，其中0.3≤a≤0.67，所述A层的厚度为20nm～500nm，所述B层为交替沉积Ti1-xAlxN层和Ti1-y-zAlySizN层的周期性涂层，其中0.3≤x≤0.67，0≤y≤0.6，0.05≤z≤0.25，所述Ti1-xAlxN层的单层厚度为2nm～40nm，所述Ti1-y-zAlySizN层的单层厚度为2nm～40nm，所述B层的厚度为20nm～500nm。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述Ti1-aAlaN层中，0.4≤a≤0.6，所述Ti1-xAlxN层中，0.4≤x≤0.6，所述Ti1-y-zAlySizN层中，0.4≤y≤0.6，0.08≤z≤0.15。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述A层的厚度为40nm～200nm，所述Ti1-xAlxN层的单层厚度为2nm～20nm，所述Ti1-y-zAlySizN层的单层厚度为2nm～20nm，所述B层的厚度为40nm～200nm。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述交替沉积A层和B层的周期性涂层是以“A层到B层”为一个循环周期的多周期涂层，所述交替沉积Ti1-xAlxN层和Ti1-y-zAlySizN层的周期性涂层是以“Ti1-xAlxN层到Ti1-y-zAlySizN层”为一个循环周期的多周期涂层。考虑到TiAlSiN中容易出现六方相结构，而TiAlN层中不容易出现六方结构，优选由A层到B层、由Ti1-xAlxN层到Ti1-y-zAlySizN层的目的是：即使TiAlSiN中出现六方相结构，也可以由于TiAlN的模板效应共格生长成立方结构。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述B层中的Ti1-xAlxN层和Ti1-y-zAlySizN层共格外延生长，层间界面为共格界面，所述A层和相邻的Ti1-xAlxN层共格外延生长，层间界面为共格界面，所述A层和相邻的Ti1-y-zAlySizN层共格外延生长，层间界面为共格界面。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述复合涂层还包括一沉积于所述刀具基体表面的TiAl金属层，所述交替沉积A层和B层的周期性涂层沉积于所述TiAl金属层上；
和/或，所述复合涂层的总厚度为1.5μm～10μm。
上述的复合涂层刀具中，优选的，所述TiAl金属层的厚度为20nm～60nm；和/或，所述复合涂层的总厚度为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可选择性地沉积TiAl金属层，然后交替沉积A层和B层，形成以A层到B层为一个循环周期的多周期涂层，其中，A层为Ti1-aAlaN层，B层是通过交替沉积Ti1-xAlxN层和Ti1-y-zAlySizN层、形成以Ti1-xAlxN层到Ti1-y-zAlySizN层为一个循环周期的多周期涂层而制得。
上述的复合涂层刀具的制备方法中，优选的，所述沉积是采用物理气相沉积工艺进行，采用多靶交替沉积方式。
在上述本发明的技术方案中，复合涂层为复合了Ti1-aAlaN层、Ti1-xAlxN/Ti1-y- zAlySizN周期性多层的多层涂层结构，经过申请人的研究和实验发现，在TiAlN涂层中添加Si元素可以显著提升其硬度，Si的加入还可阻止其热分解过程而提高其热稳定性，同时，Si的加入有利于涂层氧化过程中表面致密Al2O3的形成而改善其抗氧化性能。因此，通过该复合涂层的多层结构的复杂组合使得刀具的硬度、抗氧化性和热稳定性都有了明显的提高。另外，通过Ti1-xAlxN/Ti1-y-zAlySizN周期性多层的多层界面可以在一定程度上释放Ti1-y- zAlySizN层中的应力，再通过与Ti1-aAlaN层复合，可进一步降低涂层应力，提高涂层与基体之间的结合强度，从而在通过Si全面提升刀具性能的同时也避免了Si的加入带来的缺陷。
TiAlN涂层是由Al原子取代c-TiN的Ti原子而形成的亚稳相，但当Al含量超过其立方相固溶度时，涂层由亚稳的立方结构向稳定的六方结构转化，使其力学性能和抗氧化性能下降，经过我们的研究和实验发现，Si的加入会降低TiN中Al的固溶度。因此，上述的复合涂层中A层Ti1-aAlaN层的0.3≤a≤0.67，优选0.4≤a≤0.60，B层中Ti1-xAlxN层的0.3≤x≤0.67，优选0.4≤x≤0.60，B层中Ti1-y-zAlySizN层的0≤y≤0.60，优选0.4≤y≤0.60。
另外，经过我们的研究和实验发现，TiAlSiN涂层中的应力与Si含量密切相关，过低的Si含量不能有效提高涂层硬度、热稳定性和高温抗氧化性能，过高的Si含量会使涂层的应力过大。因此，上述的复合涂层B层中Ti1-y-zAlySizN层的0.05≤z≤0.25，优选0.08≤z≤0.15。
上述复合涂层刀具中，所述A层的单层厚度优选为20～500nm，最优选为40～200nm，厚度过厚或过薄，均有可能影响本发明复合涂层的保护作用。
上述复合涂层刀具中，所述B层的厚度优选为20～500nm，最优选为40～200nm，厚度过厚会使涂层应力增加，过低会降低涂层耐磨性。
上述复合涂层刀具中，所述B层中Ti1-xAlxN层的单层厚度优选为2nm～40nm，最优选为2nm～20nm，单层厚度过厚或过薄，均有可能影响本发明复合涂层的界面强化作用。
上述复合涂层刀具中，所述B层中Ti1-y-zAlySizN层的单层厚度优选为2nm～40nm，最优选为2nm～20nm，单层厚度过厚或过薄，均有可能影响本发明复合涂层的界面强化作用。
上述的复合涂层刀具中，复合涂层还优选包括有一沉积于刀具基体表面的TiAl金属层，因为经过我们的反复实验和研究发现，增加TiAl金属层的结构设计能够进一步改善复合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涂层与刀具基体的结合力。上述的含周期性涂层的复合涂层刀具中，所述TiAl金属层的厚度在本领域人员公知的范围内优选为20nm～60nm，因为TiAl金属层的厚度偏差过大均会对复合涂层与刀具基体之间的结合强度产生消极影响。
上述的复合涂层刀具中，所述复合涂层的总厚度优选为1.5μm～10μm，最优选为2μm～6μm。因为所述复合涂层如果过薄，会影响到复合涂层的保护性能和保护效果，但过厚的复合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。
本发明提供了上述的含周期性涂层的复合涂层刀具的制备方法，该制备方法首先采用物理气相沉积工艺并利用TiAl靶在所述刀具基体上可选择性地沉积TiAl金属层，再在TiAl金属层上沉积以“A层到B层”为一个循环周期的多周期涂层，直至所述复合涂层的总厚度达到1.5μm～10μm，其中A层为Ti1-aAlaN层，B层为由“Ti1-xAlxN到Ti1-y-zAlySizN”为一个循环组成的Ti1-xAlxN/Ti1-y-zAlySizN周期性多层。本领域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Ti1-aAlaN层、Ti1-xAlxN层和Ti1-y- zAlySizN层的单层厚度均控制在前述优选的数值范围内。
上述的各技术方案中，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、超硬刀具或高速钢刀具。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供了一种具有两个层次的周期性涂层结合的复合涂层刀具，通过A层的Ti1-aAlaN加强了复合涂层与刀片基体的结合强度，B层的Ti1-xAlxN/Ti1-y-zAlySizN周期性涂层既具有Ti1-y-zAlySizN高硬度、高热稳定性和优异的高温抗氧化性能等优势，其共格界面还可进一步强化涂层性能，并可通过层间界面来释放、缓解涂层内部应力。此外，通过A层和B层的多周期性沉积，还可进一步优化涂层性能，并借助A、B层的层间界面阻止裂纹扩展，最终使复合涂层保持高硬度、优异的高温抗氧化能力及高温稳定性能。本发明的复合涂层的综合性能明显优与各种单一涂层材料，且层与层之间的界面强化效应能进一步改善了涂层的力学性能。此外，复合涂层还可通过其层间界面释放涂层的生长应力，进而改善复合涂层与刀具基体的结合强度。
本发明还针对该复合涂层刀具提供了一种工艺简单、设备要求低、生产成本低的复合涂层刀具的制备方法，通过本发明方法制备的复合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的复合涂层刀具的结构示意图。
图2为本发明实施例2的复合涂层刀具的结构示意图。
图例说明：
1、刀具基体；2、TiAl金属层；3、Ti1-aAlaN层；4、Ti1-xAlxN层；5、Ti1-y-zAlySizN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。
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1
一种本发明的复合涂层刀具，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，复合涂层包括一交替沉积A层和B层的周期性涂层，A层为Ti1-aAlaN层3，其中a＝0.5，即Ti0.50Al0.50N层，A层的厚度为100nm，B层为交替沉积Ti1-xAlxN层4和Ti1-y-zAlySizN层5的周期性涂层，其中x＝0.6，y＝0.35，z＝0.15，即Ti0.40Al0.60N层和Ti0.50Al0.35Si0.15N层，Ti1-xAlxN层的单层厚度为10nm，Ti1-y-zAlySizN层的单层厚度为8nm，B层的厚度为180nm。
本实施例中，交替沉积A层和B层的周期性涂层是以“A层到B层”为一个循环周期的多周期涂层，交替沉积Ti1-xAlxN层和Ti1-y-zAlySizN层的周期性涂层是以“Ti1-xAlxN层到Ti1-y-zAlySizN层”为一个循环周期的多周期涂层。
本实施例中，B层中的Ti1-xAlxN层4和Ti1-y-zAlySizN层5共格外延生长，层间界面为共格界面，A层和相邻的Ti1-xAlxN层4共格外延生长，层间界面为共格界面，A层和相邻的Ti1-y-zAlySizN层5共格外延生长，层间界面为共格界面。
本实施例中，复合涂层的总厚度为2.8μm。
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)用型号为CNMG120408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。
(2)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沉积A层(Ti0.50Al0.50N层)，然后沉积B层，其中B层是以“Ti0.40Al0.60N层到Ti0.50Al0.35Si0.15N层”为调制周期的多周期层，其中Ti、Al和Si元素的含量均通过调节各靶材的成分进行控制，经过10个周期后得到B层厚度为180nm，最后重复沉积“A层到B层”10个周期直至复合涂层的总厚度达到2.8μm。
对照实验：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分别沉积AlTiN和AlTiSiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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，普通沉积方式得到的AlTiSiN涂层虽然具有较高的热稳定性和高温抗氧化性能，但其高的应力降低涂层与基体的结合强度，AlTiN和AlTiSiN涂层与基体的结合强度分别为78N和65N，AlTiSiN涂层刀具的切削寿命略微高于AlTiN涂层；而本发明的复合涂层刀具与基体的结合强度为90N，其刀具的使用寿命比现有技术下的涂层刀具均有明显提高，本发明产品及工艺的技术效果非常显著。
实施例2
一种本发明的复合涂层刀具，与实施例1的复合涂层刀具及其制备方法基本相同，区别仅在于：如图2所示，复合涂层还包括一沉积于刀具基体1表面的TiAl金属层2(利用TiAl靶)，交替沉积A层和B层的周期性涂层沉积于TiAl金属层2上，TiAl金属层2的厚度为25nm，复合涂层的总厚度为2.825μm。
对照品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AlTiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了200％。相比于实施例1，由于增加多了一层TiAl金属层2，其它各层均保持不变，在车削实验由于TiAl金属层改善了复合涂层和刀具基体的结合强度，技术效果得到进一步改善。
实施例3
一种本发明的复合涂层刀具，与实施例2的复合涂层刀具及其制备方法基本相同，区别仅在于：B层包含15个周期的Ti0.40Al0.60N层和Ti0.50Al0.35Si0.15N层，B层厚度为270nm，复合涂层的总厚度为3.725μm。
对照品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AlTiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了233％。相比于实施例2，由于B层的厚度增加导致涂层的总厚度增加，技术效果得到进一步改善。
实施例4
一种本发明的复合涂层刀具，与实施例2的复合涂层刀具及其制备方法基本相同，区别仅在于：TiAl金属层2的厚度为20nm，A层为Ti0.40Al0.60N，厚度为100nm，B层由10个周期的Ti0.40Al0.60N层和Ti0.50Al0.40Si0.10N层组成，Ti0.40Al0.60N层和Ti0.50Al0.40Si0.10N层的厚度分别为10nm和8nm，B层厚度为180nm，复合涂层包含10个周期的A层和B层，复合涂层的总厚度为2.820μm。
对照品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AlTiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了250％。
实施例5
一种本发明的复合涂层刀具，与实施例2的复合涂层刀具及其制备方法基本相同，区别仅在于：A层为Ti0.40Al0.60N，厚度为500nm，B层由10个周期的Ti0.40Al0.60N层和Ti0.50Al0.40Si0.10N层组成，Ti0.40Al0.60N层和Ti0.50Al0.40Si0.10N层的厚度分别为40nm和10nm，B层厚度为500nm，复合涂层包含10个周期的A层和B层，复合涂层的总厚度为10.025μm。
对照品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AlTiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了117％。
实施例6
一种本发明的复合涂层刀具，与实施例2的复合涂层刀具及其制备方法基本相同，区别仅在于：TiAl金属层2的厚度为60nm，A层为Ti0.40Al0.60N，厚度为20nm，B层由5个周期的Ti0.40Al0.60N层和Ti0.50Al0.40Si0.10N层组成，Ti0.40Al0.60N层和Ti0.50Al0.40Si0.10N层的厚度分别为2nm和2nm，B层厚度为20nm，复合涂层包含50个周期的A层和B层，复合涂层的总厚度为2.06μm。
对照品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AlTiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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的本发明产品与对照品的对比实验效果
由上表6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涂层刀具提高了183％。
实施例7
一种本发明的复合涂层刀具，与实施例2的复合涂层刀具及其制备方法基本相同，区别仅在于：TiAl金属层2的厚度为25nm，A层为Ti0.40Al0.60N，厚度为20nm，B层由5个周期的Ti0.33Al0.67N层和Ti0.35Al0.40Si0.25N层组成，Ti0.33Al0.67N层和Ti0.35Al0.40Si0.25N层的厚度分别为2nm和2nm，B层厚度为20nm，复合涂层包含50个周期的A层和B层，复合涂层的总厚度为2.025μm。
对照品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AlTiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了67％。
实施例8
一种本发明的复合涂层刀具，与实施例2的复合涂层刀具及其制备方法基本相同，区别仅在于：TiAl金属层2的厚度为25nm，A层为Ti0.70Al0.30N，厚度为20nm，B层由10个周期的Ti0.70Al0.30N层和Ti0.55Al0.40Si0.05N层组成，Ti0.70Al0.30N层和Ti0.55Al0.40Si0.05N层的厚度分别为15nm和5nm，B层厚度为200nm，复合涂层包含20个周期的A层和B层，复合涂层的总厚度为4.425μm。
对照品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AlTiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了167％。
实施例9
一种本发明的复合涂层刀具，与实施例2的复合涂层刀具及其制备方法基本相同，区别仅在于：TiAl金属层2的厚度为25nm，A层为Ti0.70Al0.30N，厚度为20nm，B层由10个周期的Ti0.70Al0.30N层和Ti0.88Si0.12N层组成，Ti0.70Al0.30N层和Ti0.88Si0.12N层的厚度分别为15nm和5nm，B层厚度为200nm，复合涂层包含20个周期的A层和B层，复合涂层的总厚度为4.425μm。
对照品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AlTiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了50％。
实施例10
一种本发明的复合涂层刀具，与实施例2的复合涂层刀具及其制备方法基本相同，区别仅在于：TiAl金属层2的厚度为25nm，A层为Ti0.70Al0.30N，厚度为6nm，B层由3个周期的Ti0.70Al0.30N层和Ti0.88Si0.12N层组成，Ti0.70Al0.30N层和Ti0.88Si0.12N层的厚度分别为40nm和8nm，B层厚度为144nm，复合涂层包含10个周期的A层和B层，复合涂层的总厚度为1.525μm。
对照品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AlTiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了33％。
实施例11
一种本发明的复合涂层刀具，与实施例2的复合涂层刀具及其制备方法基本相同，区别仅在于：TiAl金属层2的厚度为25nm，A层为Ti0.33Al0.67N，厚度为10nm，B层由3个周期的Ti0.70Al0.30N层和Ti0.88Si0.12N层组成，Ti0.70Al0.30N层和Ti0.88Si0.12N层的厚度分别为40nm和40nm，B层厚度为240nm，复合涂层包含10个周期的A层和B层，复合涂层的总厚度为2.525μm。
对照品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AlTiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了50％。
实施例12
一种本发明的复合涂层刀具，与实施例2的复合涂层刀具及其制备方法基本相同，区别仅在于：TiAl金属层2的厚度为25nm，A层为Ti0.70Al0.30N，厚度为20nm，B层由5个周期的Ti0.70Al0.30N层和Ti0.35Al0.60Si0.05N层组成，Ti0.70Al0.30N层和Ti0.35Al0.60Si0.05N层的厚度分别为15nm和25nm，B层厚度为200nm，复合涂层包含20个周期的A层和B层，复合涂层的总厚度为4.425μm。
对照品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AlTiN涂层，然后用本实施例制得的复合涂层刀具(CNMG120408)和对照品(CNMG120408)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，本发明的复合涂层刀具在车削下的使用寿命比现有技术下的涂层刀具提高了167％。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，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示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下，都可利用上述揭示的方法和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，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.一种复合涂层刀具，包括刀具基体和沉积于所述刀具基体上的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层包括一交替沉积A层和B层的周期性涂层，所述A层为Ti1-aAlaN层，其中0.3≤a≤0.67，所述A层的厚度为20nm～500nm，所述B层为交替沉积Ti1-xAlxN层和Ti1-y-zAlySizN层的周期性涂层，其中0.3≤x≤0.67，0≤y≤0.6，0.05≤z≤0.25，所述Ti1-xAlxN层的单层厚度为2nm～40nm，所述Ti1-y-zAlySizN层的单层厚度为2nm～40nm，所述B层的厚度为20nm～500nm。
2.根据权利要求1所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述Ti1-aAlaN层中，0.4≤a≤0.6，所述Ti1-xAlxN层中，0.4≤x≤0.6，所述Ti1-y-zAlySizN层中，0.4≤y≤0.6，0.08≤z≤0.15。
3.根据权利要求1所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述A层的厚度为40nm～200nm，所述Ti1-xAlxN层的单层厚度为2nm～20nm，所述Ti1-y-zAlySizN层的单层厚度为2nm～20nm，所述B层的厚度为40nm～200nm。
4.根据权利要求1所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述交替沉积A层和B层的周期性涂层是以“A层到B层”为一个循环周期的多周期涂层，所述交替沉积Ti1-xAlxN层和Ti1-y- zAlySizN层的周期性涂层是以“Ti1-xAlxN层到Ti1-y-zAlySizN层”为一个循环周期的多周期涂层。
5.根据权利要求1所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述B层中的Ti1-xAlxN层和Ti1-y- zAlySizN层共格外延生长，层间界面为共格界面，所述A层和相邻的Ti1-xAlxN层共格外延生长，层间界面为共格界面，所述A层和相邻的Ti1-y-zAlySizN层共格外延生长，层间界面为共格界面。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述复合涂层还包括一沉积于所述刀具基体表面的TiAl金属层，所述交替沉积A层和B层的周期性涂层沉积于所述TiAl金属层上；
和/或，所述复合涂层的总厚度为1.5μm～10μm。
7.根据权利要求6所述的复合涂层刀具，其特征在于，所述TiAl金属层的厚度为20nm～60nm；和/或，所述复合涂层的总厚度为2μm～6μm。
8.一种如权利要求1～7中任一项所述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可选择性地沉积TiAl金属层，然后交替沉积A层和B层，形成以A层到B层为一个循环周期的多周期涂层，其中，A层为Ti1-aAlaN层，B层是通过交替沉积Ti1-xAlxN层和Ti1-y-zAlySizN层、形成以Ti1-xAlxN层到Ti1-y-zAlySizN层为一个循环周期的多周期涂层而制得。
9.根据权利要求8所述的复合涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述沉积是采用物理气相沉积工艺进行，采用多靶交替沉积方式。
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