CN110857465B - 刀具及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了刀具及其制造方法。该刀具包括：基体；涂层，所述涂层设置在所述基体的至少一部分外表面上，且所述涂层包括至少一层第一子涂层和至少一层第二子涂层，所述第一子涂层和所述第二子涂层层叠设置，其中，形成所述第一子涂层的材料为AlaTi1‑a‑iXiCbN1‑b，所述X包括硅、铬、钒、钼、钽、铌、铪、锆、钨、硼、钇中的至少一种，a、b的取值范围各自独立地为0‑1，i的取值范围为0‑0.1；形成所述第二子涂层的材料为TiB2。该刀具的耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长，且制造工艺简单、易于工业化生产。

Description

刀具及其制造方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体的，涉及刀具及其制造方法。
背景技术
目前的刀具针对较难加工的材料的使用性能较差。
因而，现有的刀具的相关技术仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长、制造工艺简单、或者易于工业化生产的刀具。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种刀具。根据本发明的实施例，该刀具包括：基体；涂层，所述涂层设置在所述基体的至少一部分外表面上，且所述涂层包括至少一个第一子涂层和至少一个第二子涂层，所述第一子涂层和所述第二子涂层层叠设置，其中，形成所述第一子涂层的材料包括AlaTi1-a-iXiCbN1-b，所述X包括硅、铬、钒、钼、钽、铌、铪、锆、钨、硼、钇中的至少一种，a、b的取值范围各自独立地为0-1，i的取值范围为0-0.1；形成所述第二子涂层的材料包括TiB2。发明人发现，所述第一子涂层200和所述第二子涂层300之间可以相互配合发生协同作用，第一子涂层200中的Al、X元素可提高涂层的抗氧化性，C元素可提高涂层的抗热裂纹能力、降低摩擦系数，第二子涂层300具有高的硬度和低的摩擦系数，当第一子涂层200和第二子涂层300层叠设置时，形成的涂层综合了第一子涂层200和第二子涂层300的性能，且可以使得所述涂层的抗氧化性、抗热裂纹能力、硬度均优于单层设置的第一子涂层200和第二子涂层300，进而可以使得该刀具的耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长，且制造工艺简单、易于工业化生产。
根据本发明的实施例，所述a的取值范围为0-0.8。
根据本发明的实施例，所述a的取值范围为0.3-0.67。
根据本发明的实施例，所述b的取值范围为0-0.8。
根据本发明的实施例，所述b的取值范围为0.5-0.7。
根据本发明的实施例，所述涂层的厚度为1-20微米。
根据本发明的实施例，所述涂层的厚度为1-10微米。
根据本发明的实施例，所述涂层的厚度为2-6微米。
根据本发明的实施例，第一子涂层的厚度0.5-3微米，所述第二子涂层的厚度为0.2-0.5微米。
根据本发明的实施例，形成所述第一子涂层的材料包括AlaTi1-aN、AlaTi1-a-iSiiN、AlaTi1-aCbN1-b、AlaTi1-a-iSiiCbN1-b、AlaTi1-a-iZriCbN1-b中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述涂层包括：由下至上依次层叠设置的第一子涂层和第二子涂层，所述第一子涂层包括由下至上依次层叠设置的第一亚涂层和第二亚涂层，形成所述第一亚涂层的材料包括Al0.59Ti0.41N，形成所述第二亚涂层的材料包括Al0.32Ti0.6Si0.08N、Al0.59Ti0.41C0.68N0.32、Al0.32Ti0.6Si0.08C0.6N0.4、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4中的至少一种，形成所述第二子涂层的材料包括TiB2。
根据本发明的实施例，所述刀具满足以下条件的至少之一：铣削316L不锈钢的切削时间不小于8分22秒，磨损宽度不大于0.38毫米，无热裂纹；铣削Ta6V钛合金的切削时间不小于16分56秒，磨损宽度不大于0.30毫米，无热裂纹；硬度不小于4396HV；摩擦系数不大于0.29；所述基体与所述涂层的结合强度不小于101N。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制造前面所述的刀具的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：利用高功率脉冲磁控溅射法在基体的至少一部分外表面上沉积涂层，以便形成所述刀具。发明人发现，该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且制造所得的刀具的耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长。
根据本发明的实施例，所述高功率脉冲磁控溅射法满足以下条件的至少之一：反应温度450-700℃；功率4000-12000W；频率100-10000Hz；偏压50-70V，脉冲宽度10-500μs，占空比0.1-0.9。
附图说明
图1显示了本发明一个实施例的刀具的剖面结构示意图。
图2显示了本发明另一个实施例的刀具的剖面结构示意图。
图3显示了本发明又一个实施例的刀具的剖面结构示意图。
图4显示了本发明再一个实施例的刀具的剖面结构示意图。
图5显示了本发明再一个实施例的刀具的剖面结构示意图。
图6显示了本发明一个实施例的刀具的结构示意图。
图7显示了本发明实施例1的涂层断口的扫描电子显微照片。
图8显示了本发明实施例4的涂层断口的扫描电子显微照片。
图9显示了本发明对比例1的涂层断口的扫描电子显微照片。
图10显示了本发明对比例2的涂层断口的扫描电子显微照片。
附图标记：
1：副切削刃 2：前刀面 3：刀头 4：刀体 5：主切削刃 6：主后刀面 7：副后刀面 8：刀尖 10：刀具 100：基体 200、200a、200b：第一子涂层 210a、210b：第一亚涂层 220a、220b：第二亚涂层 300、300a、300b：第二子涂层
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种刀具。根据本发明的实施例，参照图1，该刀具10包括：基体100；涂层，所述涂层设置在所述基体100的至少一部分外表面上，且所述涂层包括至少一个第一子涂层200和至少一个第二子涂层300，所述第一子涂层200和所述第二子涂层300层叠设置，其中，形成所述第一子涂层200的材料包括AlaTi1-a-iXiCbN1-b，所述X包括硅、铬、钒、钼、钽、铌、铪、锆、钨、硼、钇中的至少一种，a、b的取值范围各自独立地为0-1，i的取值范围为0-0.1；形成所述第二子涂层300的材料包括TiB2。发明人发现，所述第一子涂层200和所述第二子涂层300之间可以相互配合发生协同作用，进而可以使得该刀具10的耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长，且制造工艺简单、易于工业化生产。
根据本发明的实施例，更进一步地，所述a的取值范围可以为0-0.8，在本发明的一些实施例中，所述a的取值范围可以为0.3-0.67，例如可以是0.3、0.4、0.5、0.6、0.67等；所述b的取值范围为0-0.8，在本发明的一些实施例中，所述b的取值范围为0.5-0.7，例如可以是0.5、0.6、0.7等。由此，a的取值范围适中，即在所述涂层中Al的含量适中，既具有一定量的Al保证了所述涂层的抗氧化性，从而使得包括该涂层的刀具的抗氧化性好；同时Al的含量也不会过高导致出现六方结构的AlN，以致于无法保证所述涂层具有较高的硬度。b的取值范围也适中，即在所述涂层中C的含量适中，既具有一定量的C保证了所述涂层的耐磨性，同时C的含量也不会过高而影响所述涂层的韧性，进而可以使得包括该涂层的刀具同时具有较好的硬度和韧性。
在本发明的一些实施例中，形成所述第一子涂层200的材料可以为AlaTi1-aN、AlaTi1-a-iSiiN、AlaTi1-aCbN1-b、AlaTi1-a-iSiiCbN1-b、或者AlaTi1-a-iZriCbN1-b等。在本发明的一些实施例中，具体的，所述AlaTi1-aN可以为Al0.59Ti0.41N；所述AlaTi1-a-iSiiN可以为Al0.32Ti0.6Si0.08；所述AlaTi1-aCbN1-b可以为Al0.59Ti0.41C0.68N0.32；所述AlaTi1-a-iSiiCbN1-b可以为Al0.32Ti0.6Si0.08C0.6N0.4；所述AlaTi1-a-iZriCbN1-b可以为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4。由此，所述AlaTi1-aN具有较高的硬度、良好的抗氧化性，以及较低的热导率，可以使得所述刀具的使用性能和加工效率较高；在AlaTi1-aN的基础上进一步引入C元素，如形成所述第一子涂层200的材料为AlaTi1-aCbN1-b、AlaTi1-a-iSiiCbN1-b时，可形成非晶结构的材料，使得所述涂层的硬度进一步提高；在此基础上进一步引入Si元素，如形成所述第一子涂层200的材料为AlaTi1-a-iSiiN、AlaTi1-a-iSiiCbN1-b时，可以进一步提高所述涂层的热稳定性和抗氧化性；形成所述第一子涂层200的材料为AlaTi1-a-iZriCbN1-b时，使得所述涂层进一步具有更低的摩擦系数和耐腐蚀性能。
根据本发明的实施例，所述涂层的厚度可以为1-20微米。进一步地，所述涂层的厚度可以为1-10微米。更进一步地，所述涂层的厚度可以为2-6微米。在本发明的一些实施例中，所述涂层的厚度可以为2微米、3微米、4微米、5微米、6微米等。所述涂层的厚度适中，既不易造成涂层剥落又能够保证所述涂层的耐磨性。由此，以上厚度范围可以使得涂层具有良好结合强度的同时，又有较高的耐磨性能，进而使得涂层的使用性能更佳。
根据本发明的实施例，所述第一子涂层200的厚度可以为0.5-3微米，具体的，在本发明的一些实施例中，所述第一子涂层200的厚度可以具体为0.5微米、1微米、2微米、3微米等；所述第二子涂层300的厚度可以为0.2-0.5微米，具体的，在本发明的一些实施例中，所述第二子涂层300的厚度可以为0.2微米、0.3微米、0.4微米、0.5微米等。由此，所述第一子涂层200和所述第二子涂层300的厚度较为合适，所述第一子涂层200和所述第二子涂层300可以相互配合发生协同作用，从而进一步使得具有所述涂层的刀具的耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长。
根据本发明的实施例，形成所述第二子涂层300的材料为TiB2。由此，可以使得包括所述涂层的刀具具有更高的硬度，耐磨性能更好，从而进一步使得包括所述涂层的刀具的切削性能佳、使用寿命长。
根据本发明的实施例，所述第一子涂层200和所述第二子涂层300的个数可以为各自独立地为一个。所述第一子涂层200和所述第二子涂层300的设置方式既可以是所述第一子涂层200设置在所述基体100的表面上，所述第二子涂层300设置在所述第一子涂层200远离所述基体100的表面上(结构示意图参照图1)；也可以是所述第二子涂层300设置在所述基体100的表面上，所述第一子涂层200设置在所述第二子涂层300远离所述基体100的表面上(结构示意图参照图2)。由此，所述涂层与所述基体100的结合力较好。
在本发明的另一些实施例中，参照图3，所述第一子涂层200a、200b和所述第二子涂层300a、300b的个数还可以为多个，所述第一子涂层200a、200b和所述第二子涂层300a、300b依次交替层叠设置。在本发明的一些实施例，所述第一子涂层200a、200b和所述第二子涂层300a、300b可以各自独立地为5-10个，且所述第一子涂层200a、200b和所述第二子涂层300a、300b依次交替层叠设置，例如所述第一子涂层200a、200b和所述第二子涂层300a、300b可以各自独立地为5个、6个、7个、8个、9个、10个。由此，所述涂层与所述基体100的结合力较好，且可以进一步使得该刀具的耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长。
在本发明的又一些实施例中，所述第一子涂层的个数为两个，所述第二子涂层的个数为一个。在本实施例中，所述第一子涂层和所述第二子涂层的设置方式不受特别限制，例如所述第一子涂层和所述第二子涂层的设置方式可以是所述第二子涂层设置在所述基体的表面上，所述第一子涂层设置在所述第二子涂层远离所述基体的表面上。由此，所述涂层与所述基体的结合力较好，且可以进一步使得该刀具的耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长。
在本发明的再一些实施例中，参照图4，所述涂层可以包括：由下至上依次层叠设置的第一子涂层200a、200b和第二子涂层300，形成所述第一子涂层200a的材料包括Al0.59Ti0.41N，形成所述第一子涂层200b的材料包括Al0.32Ti0.6Si0.08N、Al0.59Ti0.41C0.68N0.32、Al0.32Ti0.6Si0.08C0.6N0.4、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4中的至少一种，形成所述第二子涂层300的材料包括TiB2。由此，所述涂层与所述基体100的结合力较好，且可以进一步使得该刀具10的耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长。
在本发明的再一些实施例中，参照图5，所述涂层形成在所述基体100的两个表面上。可以包括：由下至上依次层叠设置的第一子涂层和第二子涂层300a，所述第一子涂层包括由下至上依次层叠设置的第一亚涂层210a和第二亚涂层220a；以及由上至下依次层叠设置的第一子涂层和第二子涂层300b，所述第一子涂层包括由上至下依次层叠设置的第一亚涂层210b和第二亚涂层220b。由此，所述涂层与所述基体100的结合力较好，且所述涂层设置在所述基体100的整个表面上，可以进一步使得该刀具10的耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长。
根据本发明的实施例，本发明所述的形成层叠设置的第一子涂层和所述第二子涂层的材料呈柱状生长，在晶体与晶体之间的界面处不存在过多的间隙，所述第一子涂层和所述第二子涂层呈现出基体的表面粗糙度形成的波浪形。由此，可以进一步提高所述刀具的耐磨性。
根据本发明的实施例，形成所述基体100的材料可以包括硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、超硬材料、高速钢等。在本发明的一些实施例中，形成所述基体100的材料可以是含有至少一种金属碳化物及金属粘结剂的烧结硬质合金或金属陶瓷，所述金属碳化物可以具体包括碳化钨(WC)、碳化钽(TaC)、碳化铌(NbC)、碳化铬(Cr3C2)、碳化钒(VC)等，所述金属粘结剂可以具体包括钴(Co)、镍(Ni)、铁(Fe)等。在本发明的另一些实施例中，在所述基体100表面形成所述涂层之前，可以预先涂覆单层或多层TiN、TiC、TiCN、TiAlN、TiSiN或AlCrN预制层，厚度可以为0.1-1.0微米，具体的，可以为：0.1微米、0.2微米、0.4微米、0.6微米、0.8微米、1.0微米等。所述预制层沉积在整个基体表面或至少沉积在所述基体100的功能区的表面，如切削刃、前刀面、后刀面和其他任何参与切削的表面。由此，所述刀具的适用范围广、耐磨性好、切削效率高。在基体的表面沉积预制层，可提高所述涂层与基体之间的结合强度，防止基体中的材料向涂层扩散，且当预制层与基体表面形成共格界面时，涂层和基体之间的结合强度可以得到显著提高。
根据本发明的实施例，所述刀具的形状可以包括片状、柄状等，具体种类可以包括可转位刀片、柄状刀具等，例如可以是钻头、立铣刀、盾构刀等。在本发明的一些实施例中，所述刀具可以为硬质合金车刀片，所述刀具可以包括副切削刃1、前刀面2、刀头3、刀体4、主切削刃5、主后刀面6、副后刀面7、刀尖8(结构示意图参照图6，本领域技术人员可以理解，该刀具还可以包括其他常规刀具的结构，在此不再过多赘述)。由此，该刀具适用于各种使用领域，应用范围广。
根据本发明的实施例，所述刀具在铣削316L不锈钢时的切削时间不小于8分22秒，在本发明的一些实施例中，所述刀具在铣削316L不锈钢时的切削时间可以为8分22秒、8分30秒、8分45秒、9分5秒、9分55秒等；所述刀具在铣削316L不锈钢时的磨损宽度不大于0.38毫米，且不出现热裂纹，在本发明的一些实施例中，所述刀具在铣削316L不锈钢时的磨损宽度可以为0.38毫米、0.38毫米、0.36毫米、0.35毫米、0.34毫米、0.31毫米(需要说明的是，此时的切削参数为采用湿切工艺，切削速度：220m/min；每齿进给：0.7mm/th；切削深度：0.7mm；切削宽度：20mm，在316L不锈钢(硬度170HB)上进行的铣削实验测得的实验数据)。由此，所述刀具在铣削316L不锈钢时的切削时间远长于相关技术中的刀具在铣削316L不锈钢时的切削时间，磨损宽度远小于相关技术中的刀具在铣削316L不锈钢时的磨损宽度，且不出现热裂纹，从而特别适合用于较难加工的材料，切削性能佳、使用寿命长。
根据本发明的实施例，所述刀具在铣削Ti6Al4V钛合金的切削时间不小于16分56秒，在本发明的一些实施例中，所述刀具在铣削Ti6Al4V钛合金的切削时间可以为16分56秒、17分21秒、18分5秒、18分16秒、19分32秒等；所述刀具在铣削316L不锈钢时的磨损宽度不大于0.30毫米，且不出现热裂纹，在本发明的一些实施例中，所述刀具在铣削Ti6Al4V钛合金的磨损宽度可以为0.32毫米、0.31毫米、0.30毫米(需要说明的是，此时的切削参数为采用湿切工艺，切削速度：70m/min；每齿进给：0.5mm/th；切削深度：0.75mm；切削宽度：20mm，在Ti6Al4V钛合金(硬度266HB)上进行的铣削实验测得的实验数据)。由此，所述刀具在铣削Ti6Al4V钛合金的切削时间远长于相关技术中的刀具在铣削Ti6Al4V钛合金时的切削时间，磨损宽度远小于相关技术中的刀具在铣削Ti6Al4V钛合金的磨损宽度，且不出现热裂纹，从而特别适合用于较难加工的材料，切削性能佳、使用寿命长。
根据本发明的实施例，所述刀具的硬度不小于4396HV，在本发明的一些实施例中，所述刀具的硬度可以为4396HV、4508HV、4556HV、5039HV、5105HV等。由此，所述刀具的硬度优于相关技术中刀具的硬度，从而可以进一步使得所述刀具的切削性能佳、使用寿命长。
根据本发明的实施例，所述刀具的摩擦系数不大于0.29，在本发明的一些实施例中，所述刀具的摩擦系数可以为0.26、0.27、0.28、0.29等。由此，所述刀具的摩擦系数低于相关技术中刀具的摩擦系数，从而可以进一步使得所述刀的耐磨性能更好，切削性能佳、使用寿命长。
根据本发明的实施例，所述基体与所述涂层的结合强度不小于101N。由此，在本发明的一些实施例中，所述基体与所述涂层的结合强度可以为101N、102N、103N、104N、105N等。由此，所述基体与所述涂层的结合强度优于相关技术中所述基体与所述涂层的结合强度，从而可以进一步使得所述刀具的切削性能佳、使用寿命长。
在本发明的另一个方面，本发明提供了一种制造前面所述的刀具的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：利用高功率脉冲磁控溅射法在基体的至少一部分外表面上沉积涂层，以便形成所述刀具。发明人发现，该方法操作简单、方便，容易实现，易于工业化生产，且制造所得的刀具的耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长，致密性好，均匀度高。
根据本发明的实施例，所述高功率脉冲磁控溅射法的反应温度可以为450-700℃。在本发明的一些实施例中，所述高功率脉冲磁控溅射法的反应温度可以为450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃等。由此，所述高功率脉冲磁控溅射法的反应温度适中，既不会温度过高使得对涂层设备损害较大，也不会温度过低导致涂层与基体100之间的结合强度较低。
根据本发明的实施例，所述高功率脉冲磁控溅射法的功率可以为4000-12000W。在本发明的一些实施例中，所述高功率脉冲磁控溅射法的功率可以为4000W、6000W、8000W、10000W、12000W等。由此，所述高功率脉冲磁控溅射法的功率适中，可以使得功率过高会击穿合金靶材，损坏涂层设备，功率过低会造成涂层沉积速率下降，从而增加涂层时间。
根据本发明的实施例，所述高功率脉冲磁控溅射法的频率可以为100-10000Hz。在本发明的一些实施例中，所述高功率脉冲磁控溅射法的频率可以为100Hz、500Hz、1000Hz、2000Hz、5000Hz、8000Hz、9000Hz、10000Hz等。由此，所述高功率脉冲磁控溅射法的脉冲频率适中，既保证了涂层的硬度同时也保证了涂层的耐磨性能。
根据本发明的实施例，所述高功率脉冲磁控溅射法的偏压可以为50-70V。在本发明的一些实施例中，所述高功率脉冲磁控溅射法的偏压可以为50V、60V、70V等；所述脉冲宽度可以为10-500μs，在本发明的一些实施例中，所述脉冲宽度可以为10μs、50μs、100μs、200μs、500μs等；所述占空比可以为0.1-0.9，在本发明的一些实施例中，所述占空比可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9等。由此，所述高功率脉冲磁控溅射法的偏压、脉冲宽度、占空比均适中，可以使得涂层与基体具有一定的结合强度，同时涂层不易剥落；且涂层的沉积速率较高，同时在制备涂层时不易使靶材损坏。
根据本发明的实施例，除前面所述的利用高功率脉冲磁控溅射法在基体表面上沉积涂层以外，该制造刀具的方法还包括常规制造刀具方法的步骤，例如可以包括对基体进行清洁、抽真空、对基体进行离子束刻蚀、冷却等，在此不再过多赘述。
下面详细描述本发明的实施例，在本发明所有的实施例均采用赣州澳克泰工具技术有限公司生产的基体(铣刀片XDLT090408ER-MM3)，基体表面经过湿喷砂处理，基体成分为质量百分含量为94％碳化钨和质量百分含量为6％钴的硬质合金。
实施例1
刀具：参照图3，形成第一子涂层200a、200b的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第二子涂层300a、300b的材料为TiB2，第一子涂层和第二子涂层依次交替层叠设置，第一子涂层的个数为7个，第二子涂层的个数为7个，第一子涂层200a设置在基体100的表面上(涂层断口的扫描电子显微照片参见图7)。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti：Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiB2，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N层的Ar的分压分别为0.45Pa和0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.5Pa)；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N的功率分别为4000W和12000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N的频率分别为2000Hz和8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.5微米，第二子涂层的厚度为0.2至0.5微米，所述第一子涂层的厚度为1微米。
对该刀具的性能测试数据参见表1至表3。
实施例2
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.32Ti0.6Si0.08N，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlSi靶(Ti、Al、Si的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.32Ti0.6Si0.08N的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.32Ti0.6Si0.08N的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.32Ti0.6Si0.08N的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
对该刀具的性能测试数据参见表1至表3。
实施例3
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.59Ti0.41C0.68N0.32，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.59Ti0.41C0.68N0.32的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.59Ti0.41C0.68N0.32的功率分别为4000W、12000W、12000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.59Ti0.41C0.68N0.32的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
对该刀具的性能测试数据参见表1至表3。
实施例4
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.32Ti0.6Si0.08C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2(涂层断口的扫描电子显微照片参见图8)。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlSi靶(Ti、Al、Si的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、AlaTi1-a-iSiiCbN1-b的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.32Ti0.6Si0.08C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.32Ti0.6Si0.08C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
对该刀具的性能测试数据参见表1至表3。
实施例5
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
对该刀具的性能测试数据参见表1至表3。
实施例6
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为80：20)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为75：20：5)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
该刀具的硬度较低，抗氧化性能较差，切削时间较短。
实施例7
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Si的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：1.2Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
该刀具的性能测试数据耐磨性较差、韧性较差。
实施例8
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为1.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.2微米、第一子涂层200b的厚度为0.6微米、第二子涂层300的厚度为0.2微米。
该刀具硬度较低、耐磨性不足，使用寿命短。
实施例9
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为25.0微米，第一子涂层200a的厚度为5微米、第一子涂层200b的厚度为15微米、第二子涂层300的厚度为5微米。
该刀具上的涂层易剥落，切削时间短。
实施例10
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.2微米、第一子涂层200b的厚度为0.2微米、第二子涂层300的厚度为2.6微米。
该刀具中基体与涂层的结合强度较低，切削时间短。
实施例11
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为12.0微米，第一子涂层200a的厚度为1微米、第一子涂层200b的厚度为1微米、第二子涂层300的厚度为10微米。
该刀具的韧性不足，基体与涂层的结合强度低，切削时间短。
实施例12
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：800℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
该刀具在制备时工艺设备易损坏，成本高，难以实现。
实施例13
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：400℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
该刀具的基体与涂层之间的结合强度较差，切削时间短。
实施例14
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为2000W、2000W、3000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为2.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为1微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
该刀具的涂层厚度较低，硬度低，切削时间短。
实施例15
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为15000W、15000W、15000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
该刀具的切削时间短。
实施例16
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为200W、300W、300W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为1.5微米，第一子涂层200a的厚度为0.25微米、第一子涂层200b的厚度为1微米、第二子涂层300的厚度为0.25微米。
该刀具上涂层的厚度较低，硬度低，切削时间短，使用寿命短。
实施例17
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为500Hz、600Hz、600Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
该刀具上的涂层韧性不足，涂层易剥落，切削时间短。
实施例18
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为5000Hz、11000Hz、11000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
该刀具上的涂层较为疏松，硬度低，涂层与基体的结合强度低，刀具的切削时间短。
实施例19
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：20V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
该刀具的结合强度较低，切削时间短。
实施例20
刀具：参照图4，形成第一子涂层200a的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第一子涂层200b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：120V(脉冲宽度100μs，占空比0.7)；
涂层厚度为3.0微米，第一子涂层200a的厚度为0.5微米、第一子涂层200b的厚度为2微米、第二子涂层300的厚度为0.5微米。
该刀具上的涂层容易剥落，切削时间较短。
实施例21
刀具：参照图5，形成第一亚涂层210a、210b的材料为Al0.59Ti0.41N，形成第二亚涂层220a、220b的材料为Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4，形成第二子涂层300的材料为TiB2。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti、Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAlZr靶(Ti、Al、Zr的原子百分比为60：30：10)，尺寸：500×88mm；
靶材3：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的Ar的分压分别为0.45Pa、0.26Pa、0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.52Pa)、C2H2(分压：0.26Pa)；沉积TiB2、Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的功率分别为4000W、12000W、8000W；沉积TiB2和Al0.59Ti0.41N、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4的频率分别为2000Hz、8000Hz、8000Hz；偏压：80V(脉冲宽度100μs，占空比0.7)；
该刀具的性能测试数据的耐磨性好、硬度高、韧性高、摩擦系数较低、耐腐蚀性能好、抗氧化性好、切削性能佳、使用寿命长。
对比例1
刀具：形成涂层的材料为Al0.59Ti0.41N。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却(涂层断口的扫描电子显微照片参见图9)。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiAl靶(Ti：Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiAl靶(Ti：Al的原子百分比为40：60)，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积Al0.59Ti0.41N的Ar的分压为0.26Pa；反应气体：N2(分压：0.6Pa)；功率为12000W；频率为8000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)。
涂层厚度为3.3微米。
对该刀具的性能测试数据参见表1至表3。
对比例2
刀具：形成涂层的材料为TiB2(涂层断口的扫描电子显微照片参见图10)。
制造刀具的方法：对基体进行清洁→将基体放入涂层设备内→抽真空→对基体进行离子束刻蚀→高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层→冷却。
高功率脉冲溅射法在基体表面沉积涂层的工艺参数：
靶材1：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
靶材2：TiB2靶，尺寸：500×88mm；
反应温度：550℃；沉积TiB2的Ar的分压为0.45Pa；反应气体：N2(分压：0.5Pa)；功率为400W；频率为2000Hz；偏压：60V(脉冲宽度100μs，占空比0.70)。
涂层厚度为3.2微米。
对该刀具的性能测试数据参见表1至表3。
性能测试：
1、硬度
将基体表面抛光成镜面，涂层沉积后用直径为20mm的轴承钢球在涂层表面对磨20秒，研磨时加入金刚石研磨剂。然后采用TTX-NHT2型纳米压痕仪(奥地利安东帕公司)测试磨痕处涂层的硬度(放大100倍)，压针为金刚石玻氏压头(Berkovich)，最大载荷20mN，加载速率40mN/min，卸载速率为40mN/min，保压时间5秒，为了消除基体对硬度的影响，压入深度小于涂层总厚度的1/10。共测量20个不同点的硬度，取平均值为涂层的硬度。
2、摩擦系数
参照国际标准ASTM G99-2017进行测试。
3、涂层与基体的结合强度
采用瑞士CSM公司生产的REVETEST划痕测试仪测量涂层与基体的结合强度。划痕试验法是用一个直径约200微米的半球形金刚石压头在涂层表面上滑动，在此过程中通过自动加载机构连续增加垂直载荷L，当L达到其临界载荷Lc时，涂层与基体开始剥离，涂层和基体之间的界面临界载荷Lc即压头完全划透涂层并使之从其基体上连续剥离所需要的最小载荷；同时，压头与涂层和基体的摩擦力F相应发生变化。此时，涂层会产生声发射，通过传感器获取划痕时的声发射信号、载荷的变化量、切向力的变化量，经放大处理，输入计算机经A/D转换将测量结果绘制成图形，在声发射信号-载荷曲线上临界载荷值Lc处对应得出声发射峰，此时临界载荷Lc即为涂层与基体结合强度的判据。测试参数为：线性加载，加载载荷200N，加载速率99N/min，划痕速度5mm/min，划痕长度5mm。
4、铣削316L不锈钢
采用湿切工艺，切削速度：220m/min；每齿进给：0.7mm/th；切削深度：0.7mm；切削宽度：20mm，在316L不锈钢(硬度170HB)上进行铣削实验。在铣削一段时间后测量刀具的主切削刃处的磨损宽度，切削时间与磨损宽度值参见表2。
5、铣削Ti6Al4V钛合金
采用湿切工艺，切削速度：70m/min；每齿进给：0.5mm/th；切削深度：0.75mm；切削宽度：20mm，在Ti6Al4V钛合金(硬度266HB)上进行铣削实验。在铣削一段时间后测量刀具的主切削刃处的磨损宽度，切削时间与磨损宽度值参见表3。
表1性能测试
硬度(HV) 摩擦系数 结合强度(N)
实施例1 4396 0.27 103
实施例2 5039 0.27 102
实施例3 4508 0.28 101
实施例4 5105 0.29 101
实施例5 4556 0.26 105
对比例1 2646 0.4 80
对比例2 4233 0.25 65
表2铣削316L不锈钢的切削时间和磨损宽度
切削时间 磨损宽度(mm)
实施例1 8分22秒 0.38
实施例2 9分5秒 0.36
实施例3 8分45秒 0.35
实施例4 9分55秒 0.34
实施例5 8分30秒 0.31
对比例1 2分24秒 0.4
对比例2 4分钟 0.39
表3铣削Ti6Al4V钛合金的切削时间和磨损宽度
Figure BDA0001773558600000221
Figure BDA0001773558600000231
由表1可知，本发明所述的刀具硬度高、摩擦系数较低、与基体具有较高的结合强度。
由表2可知，本发明所述刀具在铣削316L不锈钢时的切削时间不小于8分22秒，磨损宽度不大于0.38毫米，且不出现热裂纹，从而特别适合用于较难加工的材料，切削性能佳、使用寿命长。
由表3可知，本发明所述刀具在铣削Ti6Al4V钛合金时的切削时间不小于16分56秒，磨损宽度不大于0.30毫米，且不出现热裂纹，从而特别适合用于较难加工的材料，切削性能佳、使用寿命长。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (12)

1.一种刀具，其特征在于，包括：
基体；
涂层，所述涂层设置在所述基体的至少一部分外表面上，且所述涂层包括至少一个第一子涂层和至少一个第二子涂层，所述第一子涂层和所述第二子涂层由上至下依次层叠设置，所述第一子涂层的厚度0.5-3微米，所述第二子涂层的厚度为0.2-0.5微米，
其中，形成所述第一子涂层的材料包括AlaTi1-a-iXiCbN1-b，所述X包括硅、铬、钒、钼、钽、铌、铪、锆、钨、硼、钇中的至少一种，0<a<1,0≤b<1，0≤i≤0.1；
形成所述第二子涂层的材料包括TiB2；
所述第一子涂层包括由下至上依次层叠设置的第一亚涂层和第二亚涂层，
形成所述第一亚涂层的材料包括Al0.59Ti0.41N，形成所述第二亚涂层的材料包括Al0.32Ti0.6Si0.08N、Al0.59Ti0.41C0.68N0.32、Al0.32Ti0.6Si0.08C0.6N0.4、Al0.3Ti0.6Zr0.1C0.6N0.4中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述a的取值范围为0<a≤0.8。
3.根据权利要求2所述的刀具，其特征在于，所述a的取值范围为0.3-0.67。
4.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述b的取值范围为0≤b≤0.8。
5.根据权利要求4所述的刀具，其特征在于，所述b的取值范围为0.5-0.7。
6.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述涂层的厚度为1-20微米。
7.根据权利要求6所述的刀具，其特征在于，所述涂层的厚度为1-10微米。
8.根据权利要求6所述的刀具，其特征在于，所述涂层的厚度为2-6微米。
9.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，形成所述第一子涂层的材料包括：
AlaTi1-aN、AlaTi1-a-iSiiN、AlaTi1-aCbN1-b、AlaTi1-a-iSiiCbN1-b、AlaTi1-a-iZriCbN1-b中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的刀具，其特征在于，所述刀具满足以下条件的至少之一：
铣削316L不锈钢的切削时间不小于8分22秒，磨损宽度不大于0.38毫米，无热裂纹；
铣削Ta6V钛合金的切削时间不小于16分56秒，磨损宽度不大于0.30毫米，无热裂纹；
硬度不小于4396HV；
摩擦系数不大于0.29；
所述基体与所述涂层的结合强度不小于101N。
11.一种制造权利要求1-10中任一项所述的刀具的方法，其特征在于，包括：
利用高功率脉冲磁控溅射法在基体的至少一部分外表面上沉积涂层，以便形成所述刀具。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述高功率脉冲磁控溅射法满足以下条件的至少之一：
反应温度450-700℃；
功率4000-12000W；
频率100-10000Hz；
偏压50-70V，脉冲宽度10-500μs，占空比0.1-0.9。
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Effective date of registration: 20230710

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Pledgee: Everbright Xinglong Trust Co.,Ltd.

Pledgor: GANZHOU ACHTECK TOOL TECHNOLOGY Co.,Ltd.

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