CN110484865B - 含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法 - Google Patents

含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110484865B
CN110484865B CN201910876274.XA CN201910876274A CN110484865B CN 110484865 B CN110484865 B CN 110484865B CN 201910876274 A CN201910876274 A CN 201910876274A CN 110484865 B CN110484865 B CN 110484865B
Authority
CN
China
Prior art keywords
boron nitride
cubic boron
sputtering
nitride coating
cutter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910876274.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110484865A (zh
Inventor
李翠
孔帅斐
宜娟
李和鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Funik Ultrahard Material Co Ltd
Original Assignee
Funik Ultrahard Material Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Funik Ultrahard Material Co Ltd filed Critical Funik Ultrahard Material Co Ltd
Priority to CN201910876274.XA priority Critical patent/CN110484865B/zh
Publication of CN110484865A publication Critical patent/CN110484865A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110484865B publication Critical patent/CN110484865B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
    • C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
    • C23C14/025—Metallic sublayers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0641—Nitrides
    • C23C14/0647—Boron nitride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/16—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon
    • C23C14/165—Metallic material, boron or silicon on metallic substrates or on substrates of boron or silicon by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/14—Metallic material, boron or silicon
    • C23C14/18—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates
    • C23C14/185—Metallic material, boron or silicon on other inorganic substrates by cathodic sputtering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3457—Sputtering using other particles than noble gas ions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)

Abstract

本发明涉及一种含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，属于涂层刀具技术领域。本发明的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，包括以下步骤：以氩气为工作气体，氮气为补偿气体，纯相聚晶立方氮化硼为靶材，通过高频脉冲磁控溅射法在刀体待沉积表面溅射立方氮化硼涂层；纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率为2800W以上。该方法操作简单，易实施，以PcBN为靶材，靶材来源广泛，沉积为CBN涂层的过程中，不需要经过化学反应或晶格重排，对沉积的条件要求不苛刻；且该方法利用高频脉冲磁控溅射法进行沉积，有利于得到高致密度的CBN涂层，进而延长刀具使用寿命；此外，该方法以氮气为补偿气体，有利于提高沉积速度，得到性能优良的CBN涂层。

Description

含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法
技术领域
本发明涉及一种含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，属于涂层刀具技术领域。
背景技术
涂层刀具是在高强度和韧性较好的硬质合金或高速钢基体表面上，也可在陶瓷、金刚石和立方氮化硼等超硬刀面上，利用气相沉积方法涂覆一薄层耐磨性好的难熔金属或非金属化合物而获得。涂层刀具作为化学屏障和热屏障，有利于减少刀具和工件的扩散和化学反应，从而减少月牙槽磨损。
立方氮化硼涂层具有良好的硬度和耐磨性，在机械加工行业有着广泛的应用，是继金刚石涂层以外的新一代超硬涂层，具有广泛的应用前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，该方法操作简单，得到的涂层刀具中的立方氮化硼涂层能够有效提高刀具的耐磨性，延长刀具的使用寿命。
一种含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，包括以下步骤：以氩气为工作气体，氮气为补偿气体，纯相聚晶立方氮化硼为靶材，通过高频脉冲磁控溅射法在刀体待沉积表面溅射立方氮化硼涂层；纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率为2800W以上。
可以直接将刀具基材作为刀体，如聚晶立方氮化硼、硬质合金或高速钢等刀具基材。也可以将设置有涂层的刀具作为刀体，如设置有过渡层的刀具。与之相对应，刀体待沉积表面可以是刀具基材表面，也可以是刀具涂层的表面。
刀具基材与立方氮化硼涂层之间可以含有其它涂层，如过渡层等，立方氮化硼涂层的表面也可以再设置其它涂层，甚至，刀具基材表面可以设置立方氮化硼涂层与另一种或多种涂层的交替排列的涂层。
聚晶立方氮化硼简称为PcBN，立方氮化硼简称为CBN，立方氮化硼涂层简称为CBN涂层。
可以理解的是，纯相聚晶立方氮化硼靶材可以直接购买，也可以自制，如：可以是在不加入粘结剂的情况下，直接由CBN烧结得到。
可以理解的是，纯相聚晶立方氮化硼靶材通过高频脉冲磁控溅射法在刀体表面沉积立方氮化硼涂层时损失的氮元素可以由氮气中的氮元素进行补偿。
可以理解的是，高频脉冲磁控溅射法中的高频即为国际电工协会IEC581标准，和GB/T14277-93国家标准划分的频段范围，指的是5kHz～16kHz的频率范围。
可以理解的是，在刀体表面沉积涂层之前，刀体表面是经过预处理的，预处理方法可以是：采用湿式喷砂机对刀体表面进行喷砂处理，去除刀体表面的氧化层，然后将刀体依次在丙酮、酒精和超纯水中分别清洗15min，之后在烘箱中进行烘干处理。
本发明的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，操作简单，易实施，该方法以纯相聚晶立方氮化硼作为靶材，靶材的来源广泛，沉积为立方氮化硼涂层的过程中，不需要经过化学反应或晶格重排，对沉积过程中的条件要求不苛刻；且该方法利用高频脉冲磁控溅射法进行沉积，有利于得到高致密度的CBN涂层，进而延长其使用寿命；此外，该方法以氮气为补偿气体，有利于提高沉积速度，得到粒度分布均匀、结合强度高、性能优良的CBN涂层。
所述立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径为400nm～2μm，所述立方氮化硼涂层的厚度为5μm～10μm。通过合理调整和优化立方氮化硼涂层的厚度以及立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径，有利于得到性能良好的CBN涂层，进而提高含立方氮化硼涂层的刀具的使用寿命。
纯相聚晶立方氮化硼靶材的数量可以是一个，也可以是多个，纯相聚晶立方氮化硼靶材的数量增多，有利于提高沉积效率，提高CBN涂层的致密度。优选地，所述纯相聚晶立方氮化硼靶材的数量为三个，三个纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率依次为5800～6200W、4300～6300W、2800～3200W；所述氮气与氩气的流量比为1.5～2.7:1；所述氮气与氩气的工作压力为0.5～0.7Pa。通过合理调整纯相聚晶立方氮化硼靶材的数量、各靶材的溅射功率、氮气与氩气的流量比和工作压力，有利于得到耐磨性良好的立方氮化硼涂层，从而延长含立方氮化硼涂层的刀具的使用寿命。
通过进一步合理调整和优化三个靶材的溅射功率和氮气与氩气的流量比，可以根据需要得到具有特定立方氮化硼粒径的立方氮化硼涂层。优选地，所述三个纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率依次为5800～6200W、5800～6300W、2800～3200W，氮气与氩气的流量比为2.3～2.7:1时，溅射得到亚微米级粒径的立方氮化硼涂层；或者，所述三个纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率依次为5800～6200W、4300～4700W、2800～3200W，氮气与氩气的流量比为1.5～1.8:1时，溅射得到微米级粒径的立方氮化硼涂层。
优选地，所述亚微米级粒径为400nm～800nm时，三个纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率依次为6000W、6000W、3000W，氮气与氩气的流量比为2.5:1；通过进一步调整和优化三个靶材的溅射功率和氮气与氩气的流量比，使得立方氮化硼涂层中的立方氮化硼的粒径为400～800nm，从而使含立方氮化硼涂层的刀具适于精磨，可有效提高加工件的精度。或者，所述立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径为1μm～2μm时，三个纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率依次为6000W、4500W、3000W，氮气与氩气的流量比为1.6～1.7:1；通过进一步调整和优化三个靶材的溅射功率和氮气与氩气的流量比，使得立方氮化硼涂层中的立方氮化硼的粒径为1～2μm，从而使含立方氮化硼涂层的刀具更锋利，耐磨性更好，有利于在延长使用寿命的同时提高切削速度。
优选地，所述亚微米级粒径为400nm～800nm时，氮气流量为250sccm，氩气流量为150sccm；或者，所述立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径为1μm～2μm时，氮气流量为500sccm，氩气流量为200sccm。
沉积时，可以根据需要设置刀体和靶材的相对位置，优选地，所述三个纯相聚晶立方氮化硼靶材以刀体为中心呈三角形对称分布设置。
为了进一步提高沉积的CBN涂层的均匀性，优选地，所述纯相聚晶立方氮化硼靶材的晶粒大小的变化率在20％范围以内。
优选地，所述立方氮化硼涂层的沉积温度为650～750℃，沉积时间为3～5h。通过合理调整和优化立方氮化硼涂层的沉积条件，有利于得到性能良好的CBN涂层，进而提高含立方氮化硼涂层的刀具的使用寿命。
为了提高刀具基体和立方氮化硼涂层的结合力。优选地，在溅射立方氮化硼涂层前，先在刀具基体表面溅射CrAl过渡层。
优选地，所述CrAl过渡层的溅射方法为：以氩气为工作气体，CrAl复合靶为靶材，通过高频脉冲磁控溅射法在刀具基体表面溅射CrAl过渡层；CrAl靶材的溅射功率为5800～6200W。
为了进一步提高刀具基体和立方氮化硼涂层的结合力，优选地，所述CrAl复合靶中Cr元素和Al元素的表面积比为10:7。CrAl复合靶中Cr元素和Al元素的表面积比为10:7指的是，CrAl复合靶的溅射面上Cr元素和Al元素的面积比为10:7。
优选地，所述过渡层的溅射温度为650～750℃，溅射时间为12～18min，溅射厚度为300nm～500nm。通过合理调整和优化立方氮化硼涂层的沉积条件，有利于得到性能良好的CrAl过渡层，进而提高刀具基体和立方氮化硼涂层的结合力。
附图说明
图1为实施例1制得的含立方氮化硼涂层的刀具的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
本发明实施例中的氮气的纯度为99.999％。
本发明实施例中的氩气的纯度为99.999％。
本发明实施例中的纯相聚晶立方氮化硼靶材的直径为62mm。
本发明实施例中的纯相聚晶立方氮化硼靶材的厚度为4～8mm。
本发明实施例中的纯相聚晶立方氮化硼靶材的晶粒大小的变化率在20％范围以内。
本发明实施例中的PcBN刀具或硬质合金刀具的表面是经过预处理的，预处理步骤具体为：采用湿式喷砂机对PcBN刀具或硬质合金刀具的表面进行喷砂处理，去除PcBN刀具或硬质合金刀具的表面的氧化层，然后将PcBN刀具或硬质合金刀具依次在丙酮、酒精和超纯水中分别清洗15min，之后在烘箱中进行烘干处理，即可。
一、本发明的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法的具体实施例如下：
实施例1
本实施例的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)在高频脉冲磁控溅射镀膜机的腔室内的转台上放入经过预处理的PcBN刀具，将三个纯相聚晶立方氮化硼靶材安装在靶材位置上，三个靶材以刀具为中心呈三角形对称分布，同时，安装上CrAl复合靶材(Cr和Al的表面积比10:7)，转台的转速为10rad/min，负偏压为90V，高频脉冲磁控溅射镀膜机的频率为5～9kHz。
(2)沉积CrAl过渡层：将CrAl复合靶在溅射功率为6000W、氩气流量为150sccm、温度为700℃的条件下进行高频脉冲磁控溅射15min，在刀具表面沉积厚度为400nm的CrAl过渡层。
(3)沉积立方氮化硼涂层：在三个纯相聚晶立方氮化硼靶材上分别加上6000W、6000W和3000W的溅射功率、氮气流量为500sccm、氩气流量为200sccm、温度为700℃的条件下进行高频脉冲磁控溅射4h，在CrAl过渡层表面沉积厚度为7.5μm的立方氮化硼涂层，得含立方氮化硼涂层的刀具，立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径在400～800nm范围内，含立方氮化硼涂层的刀具的结构示意图如图1所示，1为PcBN刀具，2为CrAl过渡层，3为立方氮化硼涂层。
实施例2
本实施例的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)在高频脉冲磁控溅射镀膜机的腔室内的转台上放入经过预处理的PcBN刀具，将三个纯相聚晶立方氮化硼靶材安装在靶材位置上，三个靶材以刀具为中心呈三角形对称分布，同时，安装上CrAl复合靶材(Cr和Al的表面积比10:7)，转台的转速为10rad/min，负偏压为90V，高频脉冲磁控溅射镀膜机的频率为5～9kHz。
(2)沉积CrAl过渡层：将CrAl复合靶在溅射功率为6000W、氩气流量为150sccm、温度为700℃的条件下进行高频脉冲磁控溅射15min，在刀具表面沉积厚度为400nm的CrAl过渡层。
(3)沉积立方氮化硼涂层：在三个纯相聚晶立方氮化硼靶材上分别加上6000W、4500W和3000W的溅射功率、氮气流量250sccm、氩气流量为150sccm、温度为700℃的条件下进行高频脉冲磁控溅射4h，在刀具表面沉积厚度为7.5μm的立方氮化硼涂层，得含立方氮化硼涂层的刀具，立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径为1～2μm。
实施例3
本实施例的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)在高频脉冲磁控溅射镀膜机的腔室内的转台上放入经过预处理的硬质合金刀具，将三个纯相聚晶立方氮化硼靶材安装在靶材位置上，三个靶材以刀具为中心呈三角形对称分布，同时，安装上CrAl复合靶材(Cr和Al的表面积比10:7)，转台的转速为10rad/min，负偏压为90V，高频脉冲磁控溅射镀膜机的频率为5～9kHz。
(2)沉积CrAl过渡层：将CrAl复合靶在溅射功率为6000W、氩气流量为150sccm、温度为700℃的条件下进行高频脉冲磁控溅射15min，在刀具表面沉积厚度为400nm的CrAl过渡层。
(3)沉积立方氮化硼涂层：在三个纯相聚晶立方氮化硼靶材上分别加上6000W、6000W和3000W的溅射功率、氮气流量为500sccm、氩气流量为200sccm、温度为700℃的条件下进行高频脉冲磁控溅射4h，在刀具表面沉积厚度为7.5μm的立方氮化硼涂层，得含立方氮化硼涂层的刀具，立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径为400～800nm。
实施例4
本实施例的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，包括以下步骤：
(1)在高频脉冲磁控溅射镀膜机的腔室内的转台上放入经过预处理的硬质合金刀具，将三个纯相聚晶立方氮化硼靶材安装在靶材位置上，三个靶材以刀具为中心呈三角形对称分布，同时，安装上CrAl复合靶材(Cr和Al的表面积比10:7)，转台的转速为10rad/min，负偏压为90V，高频脉冲磁控溅射镀膜机的频率为高频脉冲磁控溅射镀膜机的频率为5～9kHz。
(2)沉积CrAl过渡层：将CrAl复合靶在溅射功率为6000W、氩气流量为150sccm、温度为700℃的条件下进行高频脉冲磁控溅射15min，在刀具表面沉积厚度为400nm的CrAl过渡层。
(3)沉积立方氮化硼涂层：在三个纯相聚晶立方氮化硼靶材上分别加上6000W、4500W和3000W的溅射功率、氮气流量250sccm、氩气流量为150sccm、温度为700℃的条件下进行高频脉冲磁控溅射4h，在刀具表面沉积厚度为7.5μm的立方氮化硼涂层，得含立方氮化硼涂层的刀具，立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径为1～2μm。
二、相关对比例
对比例1
本对比例的PcBN刀具为实施例1和实施例2所用的PcBN刀具，即未经过预处理，以及未沉积CrAl过渡层和立方氮化硼涂层的PcBN刀具。
对比例2
本对比例的硬质合金刀具为实施例3和实施例4所用的硬质合金刀具，即未经过预处理，以及未沉积CrAl过渡层和立方氮化硼涂层的硬质合金刀具。
三、相关试验例
试验例1
利用实施例1～4制得的含立方氮化硼涂层的刀具、对比例1的PcBN刀具和对比例2的硬质合金刀具对铸铁工件进行加工，根据加工过程中的切削速度、加工得到的工件的加工精度级别、能够加工的最大工件数对各刀具的性能进行表征，得到的结果如表1所示。
表1加工过程中的切削速度、加工得到的工件的加工精度级别、能够加工的最大工件数
Figure BDA0002204467710000061
由表1可知，与对比例1的未涂覆立方氮化硼涂层的PcBN刀具相比，实施例1和实施例2能够加工的工件数增多，增加了20％以上，使用寿命延长，实施例1的立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径较小，为400～800nm，利用该含立方氮化硼涂层的刀具加工得到的工件的精度远远优于实施例2和对比例1，实施例2的立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径较大，为1～2μm，切削速度远大于对比例1和实施例1。
与对比例2的未涂覆立方氮化硼涂层的硬质合金刀具相比，实施例3和实施例4能够加工的工件数增多，增加了33％～67％，使用寿命延长，实施例3的立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径较小，为400～800nm，利用该含立方氮化硼涂层的刀具加工得到的工件的精度远优于实施例4和对比例2，实施例4的立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径较大，为1～2μm，切削速度远大于对比例2和实施例3。

Claims (9)

1.一种含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
以氩气为工作气体，氮气为补偿气体，纯相聚晶立方氮化硼为靶材，通过高频脉冲磁控溅射法在刀体待沉积表面溅射立方氮化硼涂层；所述立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径为400nm~2μm；所述纯相聚晶立方氮化硼靶材的数量为三个，三个纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率依次为5800~6200W、4300~6300W、2800~3200W；所述氮气与氩气的流量比为1.5~2.7:1；所述氮气与氩气的工作压力为0.5~0.7Pa；所述纯相聚晶立方氮化硼靶材的晶粒大小的变化率在20%范围以内。
2.根据权利要求1所述的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，其特征在于，所述立方氮化硼涂层的厚度为5μm~10μm。
3.根据权利要求1所述的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，其特征在于，所述三个纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率依次为5800~6200W、5800~6300W、2800~3200W，氮气与氩气的流量比为2.3~2.7:1时，溅射得到亚微米级粒径的立方氮化硼涂层；
或者，所述三个纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率依次为5800~6200W、4300~4700W、2800~3200W，氮气与氩气的流量比为1.5~1.8:1时，溅射得到微米级粒径的立方氮化硼涂层。
4.根据权利要求3所述的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，其特征在于，所述亚微米级粒径为400nm~800nm时，三个纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率依次为6000W、6000W、3000W，氮气与氩气的流量比为2.5:1；
或者，所述立方氮化硼涂层中立方氮化硼的粒径为1μm~2μm时，三个纯相聚晶立方氮化硼靶材的溅射功率依次为6000W、4500W、3000W，氮气与氩气的流量比为1.6~1.7:1。
5.根据权利要求1或2所述的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，其特征在于，所述立方氮化硼涂层的溅射温度为650~750℃，溅射时间为3~5h。
6.根据权利要求1或2所述的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，其特征在于，在溅射立方氮化硼涂层前，先在刀具基体表面溅射CrAl过渡层。
7.根据权利要求6所述的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，其特征在于，所述CrAl过渡层的溅射方法为：
以氩气为工作气体，CrAl复合靶为靶材，通过高频脉冲磁控溅射法在刀具基体表面溅射CrAl过渡层；CrAl靶材的溅射功率为5800~6200W。
8.根据权利要求7所述的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，其特征在于，所述CrAl复合靶中Cr元素和Al元素的表面积比为10:7。
9.根据权利要求7所述的含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法，其特征在于，所述过渡层的溅射温度为650~750℃，溅射时间为12~18min，溅射厚度为300nm~500nm。
CN201910876274.XA 2019-09-17 2019-09-17 含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法 Active CN110484865B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910876274.XA CN110484865B (zh) 2019-09-17 2019-09-17 含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910876274.XA CN110484865B (zh) 2019-09-17 2019-09-17 含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110484865A CN110484865A (zh) 2019-11-22
CN110484865B true CN110484865B (zh) 2021-11-02

Family

ID=68558328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910876274.XA Active CN110484865B (zh) 2019-09-17 2019-09-17 含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110484865B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1514039A (zh) * 2002-09-17 2004-07-21 湘潭大学 切削刀具氮化硼复合涂层及其制备方法
DE102010007516A1 (de) * 2010-02-11 2011-08-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 Großflächige Kathode für Plasmaprozesse mit hohem Ionisierungsgrad
CN102534494A (zh) * 2012-01-19 2012-07-04 张金凤 一种具有立方氮化硼硬质涂层的切削工具
CN102586777A (zh) * 2012-03-30 2012-07-18 南京航空航天大学 基于微/纳米金刚石过渡层的立方氮化硼涂层刀具的制备方法
CN108103472A (zh) * 2017-12-27 2018-06-01 富耐克超硬材料股份有限公司 一种复合涂层刀具及其制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1514039A (zh) * 2002-09-17 2004-07-21 湘潭大学 切削刀具氮化硼复合涂层及其制备方法
DE102010007516A1 (de) * 2010-02-11 2011-08-11 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., 80686 Großflächige Kathode für Plasmaprozesse mit hohem Ionisierungsgrad
CN102534494A (zh) * 2012-01-19 2012-07-04 张金凤 一种具有立方氮化硼硬质涂层的切削工具
CN102586777A (zh) * 2012-03-30 2012-07-18 南京航空航天大学 基于微/纳米金刚石过渡层的立方氮化硼涂层刀具的制备方法
CN108103472A (zh) * 2017-12-27 2018-06-01 富耐克超硬材料股份有限公司 一种复合涂层刀具及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110484865A (zh) 2019-11-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5757232B2 (ja) 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具
JP5099586B2 (ja) 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具
JP5036338B2 (ja) 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具
CN103572250A (zh) 表面包覆切削工具
CN109397549A (zh) 金刚石涂层氮化硅陶瓷整体刀具及其制备方法与刀具在石墨中的应用
JPWO2012086839A1 (ja) 切削工具
CN107916402A (zh) 一种AlCrTiSiCN涂层结构及其制备方法
JP2007237391A (ja) 被覆サーメット切削工具
JP2008100320A (ja) 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具
JP4375691B2 (ja) 複合高硬度材料
JP5223743B2 (ja) 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
CN110484865B (zh) 含立方氮化硼涂层的刀具的制备方法
JP5560513B2 (ja) 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具
CN110158046B (zh) 复合涂层、自润滑复合涂层刀具及其制备方法
JP2012166294A (ja) 耐摩耗性と切屑排出性に優れた表面被覆ドリル
WO2020062045A1 (zh) 金刚石涂层氮化硅陶瓷整体刀具及其制备方法与刀具在石墨中的应用
JP5582926B2 (ja) 切削工具
JP5682217B2 (ja) 耐摩耗性と切屑排出性に優れた表面被覆ドリル
JP2012066341A (ja) 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
JP5402155B2 (ja) 表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
JP5239059B2 (ja) 高精度切削加工用被覆ｃＢＮ焼結体工具
JP2013184271A (ja) 硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性と耐欠損性を維持する表面被覆切削工具
JP5590332B2 (ja) 耐摩耗性と切屑排出性に優れた表面被覆ドリル
JP2011194536A (ja) 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具
CN113564551B (zh) 一种多相BN-Y/CrAlN复合涂层及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant