CN114196912A - 一种周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条及其制备方法和应用，包括带锯条基体，以及依次沉积在带锯条基体外表面的AlTiN结合层、AlTiN/AlCrN基和AlCrN基顶层；所述AlTiN/AlCrN基功能层由AlTiN层和AlCrN基层交替沉积所得，所述带锯条基体表面的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层由电弧离子镀技术制备；本发明还公开了上述周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条的应用，用于不锈钢材质棒料与管材的锯切。本发明通过组合不同成分调制层的性能优势，通过调控调制层间的共格外延生长使涂层带锯条表现出优异的高温力学与耐磨减摩性能，有效应对不锈钢加工过程中的加工硬化与粘刀现象，显著提升锯切寿命。
Description
技术领域
本发明涉及带锯条锯切用涂层材料制备领域，尤其涉及一种周期性多层纳米结构氮化物涂层带锯条及其制备方法和应用。
背景技术
由于在大气与腐蚀介质中均能表现出优异的耐腐蚀性能，不锈钢材料被广泛应用于航空航天、交通能源以及食品化工等行业。其中，奥氏体不锈钢(常见如304、316与316L)具有无磁性、高强度以及能够长时间在高温高压腐蚀环境中服役等优势，使用量达到不锈钢应用总量的60～70％。但是奥氏体不锈钢优异的机械性能反而限制了自身的被加工性，较高的塑性与韧性与低热导率等特点导致奥氏体不锈钢在切削过程中容易出现切削力大、加工硬化严重、切削温度高以及对刀具黏着模塑严重等现象，严重影响刀具寿命与加工质量，因此奥氏体不锈钢是一种典型的难加工材料。
随着先进制造技术的不断进步，高速高效切削加工已成为难加工材料切削加工的重要发展方向，是制造业降低生产成本，提升核心竞争力的关键。切断是制造业中必不可少的一道工序，带锯条则是目前应用最为广泛的切断工具。目前市面上针对奥氏体不锈钢材料切削加工的商用涂层，一种是通过物理气相沉积(PVD)技术制备的单层结构涂层，典型代表为TiAlN；另一种则是通过化学气相沉积(CVD)制备的多层结构涂层，例如TiCN/Al2O3/TiN。
但是面向不锈钢材料的锯切切断加工，国内涂层带锯条产品仍处于空白领域，不锈钢棒料与管材锯切作为典型的断续切削工况，对带锯条锯齿的耐磨性以及抗冲击载荷性能提出了更高的要求，现有用于不锈钢切削加工的商用涂层，PVD氮化物涂层成分结构单一，不适用于带锯条的切削工况；CVD涂层的沉积制备温度通常超过800℃，带锯条会出现部分奥氏体化，硬度降低，影响锯切性能。因此通过物理气相沉积技术构建周期性多层纳米结构，组合不同调制层的优势，对硬质涂层材料成分与微结构的设计，制备出兼具优异力学性能与高温性能涂层带锯条，提升带锯条在高速高效锯切加工不锈钢棒料或管材时的锯切寿命，可实现带锯条锯切加工质量、成本与效率的协同改善。
申请号为2021108710009的专利公开了一种双金属带锯条铣齿用涂层滚铣刀及其制备方法，包括刀具基体，还包括依次设置在刀具基体外表面的AlTiN结合层、AlTiN/V2O5交替层与AlTiN顶层；所述AlTiN/V2O5交替层由AlTiN层与V2O5层交替沉积所得。其中AlTiN采用电弧离子镀技术制备，V2O5采用磁控溅射技术制备。该发明涉及了上述涂层滚铣刀的应用，所述涂层滚铣刀主要应用于双金属带锯条的铣齿加工。AlTiN涂层凭借自身优异的力学性能以及时效硬化特性，已在切削刀具上获得广泛应用，但AlTiN涂层与钢材切削时摩擦系数较高。V2O5涂层凭借自身较低的熔点与剪切强度，在中高温服役环境下表现出较低的摩擦系数，但是该涂层硬度低，耐磨性差，因此单层V2O5涂层不能满足铣齿加工的服役要求。该发明通过多层结构设计克服了AlTiN摩擦系数高，V2O5硬度低的缺点，获得兼具优异力学性能、耐磨减摩以及长切削寿命的双金属带锯条铣齿用涂层滚铣刀。
本申请需提供一种兼具优异力学性能、高温性能及长锯切寿命的周期性多层纳米结构氮化物涂层，沉积于带锯条表面。滚铣刀材质是粉末冶金高速钢，带锯条齿尖材质为高速钢或者硬质合金，带锯条体材料为弹簧钢，而且滚铣刀与带锯条的形状尺寸不同，涂层前处理工艺与装夹方式也不相同。滚铣刀与带锯条切削加工工况不同，面向不同的被加工材料，需要选择具有不同性能优势的涂层。因此需对该专利的功能层和顶层，以及制备带锯条涂层的方法进行创新改进。
发明内容
针对现有技术不足，本发明所要解决的技术问题是，提供一种兼具优异力学性能、高温性能及长锯切寿命的周期性多层纳米结构氮化物涂层带锯条及其制备方法和应用。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条，其特征在于：包括带锯条基体，以及依次沉积在带锯条基体外表面的AlTiN结合层、AlTiN/AlCrN基功能层和AlCrN基顶层；所述AlTiN/AlCrN基功能层由AlTiN调制层和AlCrN基调制层交替沉积所得。
进一步地，根据权利要求1所述的周期性多层结构涂层带锯条，其特征在于，所述AlTiN结合层的厚度为0.5μm～1.5μm，AlTiN/AlCrN基功能层的厚度为1.0μm～2.5μm，AlCrN基顶层的厚度为1.0μm～2.0μm。
进一步地，根据权利要求1所述的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条，其特征在于，所述AlTiN/AlCrN基功能层的调制周期为5nm～100nm，调制比为5:1～1:5。
进一步地，根据权利要求1所述的周期性多层结构涂层带锯条，其特征在于，所述所述AlTiN/AlCrN基功能层和AlCrN基顶层中的AlCrN基涂层分别为AlCrN、AlCrYN、AlCrSiN、AlCrBN以及AlCrNbN中的任意一种，且Al/Cr、Al/(Cr+Y)、Al/(Cr+Si)、Al/(Cr+B)以及Al/(Cr+Nb)的原子比例均大于或等于1.0，N的原子比例为0.45～0.55。
进一步地，根据权利要求1所述的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条，其特征在于，所述带锯条基体的锯齿材料为高速钢或硬质合金，锯条体基体的锯条体材料为弹簧钢。
基于同一发明构思，所述周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将带锯条基体进行预处理；
S2：在S1预处理所得的带锯条基体表面上，通过电弧离子镀沉积得AlTiN结合层；
S3：在S2所得的CrN结合层上，通过电弧离子镀多靶交替沉积方式得AlTiN/AlCrN基功能层；
S4：在S3所得的AlTiN/AlCrN基功能层上，通过电弧离子镀沉积得AlCrN基顶层；
S5：将S4所得的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条进行后处理。
进一步地，S1中，所述预处理具体为：带锯条基体先经过喷砂钝化处理后，再以1～10m/min的速度通过装有金属清洗剂溶液的超声波清洗机，最后氮气吹干后绕卷置于涂层设备真空室内的工件转架上，并设置转架的公转速率为0.1rpm～10.0rpm；当温度达到350℃～550℃，真空度达到1.0～9.0×10-3Pa时，通入Ar气，调节气压至0.3Pa～3.0Pa，启动离子源，功率为0.5kW～10.0kW，工件支架偏压-100V～-1000V，对带锯条基体表面进行刻蚀，刻蚀时间为25min～90min。
进一步地，S2中，AlTiN结合层的沉积参数为：通入N2气，调节气压至0.5Pa～5.0Pa，设置偏压为-30V～-250V，启动AlTi电弧靶，靶电流为60A～200A，AlTiN结合层的沉积时间为5min～30min；
进一步地，S3中，AlTiN/AlCrN基功能层的沉积参数为：先通入N2气，调节气压至0.5Pa～5.0Pa，设置偏压为-60V～-250V，同时启动AlTi电弧靶与AlCr、AlCrY、AlCrSi、AlCrB以及AlCrNb中的任意一种电弧靶，AlTi靶电流为60A～200A，AlCr、AlCrY、AlCrSi、AlCrB以及AlCrNb中的任意一种电弧靶的靶电流为60A～200A，AlTiN/AlCrN基功能层的沉积时间为20min～80min；
进一步地，S4中，AlCrN基顶层的沉积参数为：通入N2气，调节气压至0.5Pa～5.0Pa，设置偏压为-60V～-250V，启动AlCr、AlCrY、AlCrSi、AlCrB以及AlCrNb中的任意一种电弧靶，靶电流为60A～200A，AlCrN基顶层沉积时间为15min～45min。
进一步地，S5中，所述后处理具体为：将涂层带锯条展开，并以1～10m/min的速度通过干喷砂机，对带锯条的锯条体进行喷砂，喷砂后将带锯条重新绕卷。
基于同一发明构思，本发明还提供了上述周期性多层纳米结构氮化物涂层带锯条和上述制备方法制备的周期性多层纳米结构氮化物涂层带锯条的应用，所述周期性多层纳米结构氮化物涂层带锯条用于不锈钢棒料与管材的锯切。
进一步地，所述不锈钢棒料主要包括圆钢、方钢、扁钢与八角钢等中的任意一种，所述不锈钢管材主要包括热轧管，冷轧管、冷拔管、挤压管与直缝焊管等中的任意一种。
本申请所述的周期性多层纳米结构氮化物涂层带锯条，由带锯条基体，和依次沉积在带锯条基体外表面的AlTiN结合层、AlTiN/AlCrN基功能层和AlCrN基顶层组成。AlTiN结合层可增强涂层与基体间的结合力并为多层结构提供支撑；AlTiN/AlCrN基功能层中通过调制成分与结构的周期性变化，不仅能够打断单一AlTiN或AlCrN基涂层中柱状晶的连续生长，实现晶粒细化，使涂层结构致密；AlCrN基涂层中，AlCrN涂层具有较好的红硬性与高温抗氧化性能，且适用于断续切削加工；AlCrYN涂层较AlCrN涂层表现出更优异高温抗氧化性能；AlCrSiN以及AlCrBN涂层凭借纳米复合结构，可实现硬度与韧性的协同改善，并且高温抗氧化性能与耐磨减摩性能均具有显著优势；在AlCrN涂层引入Nb元素中，通过细化晶粒与固溶强化的共同作用，AlCrNbN涂层的强度与硬度均获得提升；此外结合材料微结构设计，根据具体锯切工况，灵活调控调制周期与调制比，使不同调制层之间发生共格或半共格外延生长，可实现力学性能的显著提升；同时通过组合不同成分调制层的优势，如AlTiN涂层在高温下的热稳定性与时效硬化特性，AlCrN基涂层优异的力学性能、高温抗氧化与耐磨减摩性能，获得兼具优异力学性能与高温性能的功能层；AlCrN基顶层则提供优异的高温抗氧化性、红硬性以及耐磨减摩性能。
本发明制备带锯条涂层的方法为PVD，制备过程对带锯条基体材质无不良影响，所制备的硬质涂层作为化学屏障和热屏障，可以有效避免切削过程中切削工具与被加工材料间的元素扩散和化学反应，同时PVD硬质涂层又具备高硬度，高耐磨性以及低摩擦系数等优点，从而显著减少切削工具的磨损，提升服役寿命和切削效率。
PVD硬质涂层的制备通常需要在200℃～550℃温度范围中进行。在高温真空环境中，锯条体表面的残余压应力受到退火作用将会被部分释放甚至消除，导致锯条体的抗疲劳性能显著下降，对涂层带锯条的锯切性能产生不利影响。带锯条的锯切性能不仅需要锯齿具备优异的耐磨性与红硬性，还要求锯条体具有强韧性与抗疲劳性。因此涂层带锯条通过喷砂后处理在锯条体表面引入残余压应力，能够提升锯条体的抗疲劳性。带锯条在生产过程中先后通过热处理与包括齿尖与锯条体在内的整体喷砂，不仅能够去除齿尖毛刺，还可以提升齿尖的硬度以及锯条体的抗疲劳性能。本发明申请中的预处理中的喷砂只喷锯齿，后处理中的喷砂只喷锯条体。
附图说明
图1为本发明所述周期性多层纳米结构氮化物涂层带锯条结构示意图。
图2为实施例1和对比例1所制备的与带锯条锯齿材料相同的随炉涂层高速钢试样块在800℃下的球盘摩擦系数图。
图3为无涂层带锯条与相同齿形规格的实施例1以及对比例1所制备的涂层带锯条锯切直径分别为80mm与160mm规格316不锈钢棒料的锯切寿命对比图。
图中，1为带锯条基体，2为AlTiN结合层，3为AlTiN/AlCrN基功能层，31为AlTiN调制层，32为AlCrN基调制层，4为AlCrN基顶层。
具体实施方式
本发明提供了一种周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条及其制备方法和应用，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述。
一种周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条，包括带锯条基体，以及依次沉积在带锯条基体外表面的结合层、功能层和顶层；所述结合层为AlTiN涂层，所述功能层由AlTiN调制层和AlCrN基调制层交替沉积所得，所述顶层为AlCrN基涂层。
具体地，本申请中结合层沉积在带锯条基体外表面，功能层沉积在结合层外表面，顶层沉积在功能层外表面。
进一步地，所述结合层、所述功能层和所述顶层均为物理气相沉积涂层。本发明制备带锯条涂层的方法为物理气相沉积，所制备的硬质涂层作为化学屏障和热屏障，可以有效避免切削过程中切削工具与被加工材料间的元素扩散和化学反应，同时PVD硬质涂层又具备高硬度，高耐磨性以及低摩擦系数等优点，从而显著减少切削工具的磨损，提升服役寿命和切削效率。
进一步地，所述功能层和所述顶层分别为AlCrN、AlCrYN、AlCrSiN、AlCrBN以及AlCrNbN中的任意一种，且Al/Cr、Al/(Cr+Y)、Al/(Cr+Si)、Al/(Cr+B)以及Al/(Cr+Nb)的原子比例均大于或等于1.0，N的原子比例为0.45～0.55。AlCrN涂层具有较好的红硬性与高温抗氧化性能，且适用于断续切削加工；在AlCrN涂层的基础上，进一步引入新的成分，可以获得多组元的性能优势。AlCrYN涂层较AlCrN涂层表现出更优异高温抗氧化性能；AlCrSiN以及AlCrBN涂层凭借纳米复合结构，可实现硬度与韧性的协同改善，并且高温抗氧化性能与耐磨减摩性能均具有显著优势；在AlCrN涂层引入Nb元素中，通过细化晶粒与固溶强化的共同作用，AlCrNbN涂层的强度与硬度均获得提升。
进一步地，所述AlTiN结合层的厚度为0.5μm～1.5μm，所述功能层的厚度为1.0μm～3.5μm，所述顶层的厚度为1.0μm～2.0μm。PVD涂层目前已经在刀具、模具等领域取得广泛应用，厚度普遍在2～4μm，但是在带锯条领域依旧是属于相对空白领域。物理气相沉积(PVD)制备的涂层具有残余压应力，厚度过厚会导致涂层与基体之间的结合强度受到限制而发生脱落。本专利申请并非保护PVD涂层技术本身，所以在PVD涂层的设计方面无法跳脱处现有技术的范围，主要是申请保护PVD涂层带锯条，尤其是面向加工不锈钢材质的涂层带锯条。
进一步地，所述带锯条基体的锯齿材料为高速钢或硬质合金，锯条体基体的锯条体材料为弹簧钢。
基于同一发明构思，所述的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条的制备方法，包括以下步骤：
S1：对带锯条基体进行预处理；
S2：在S1预处理所得的带锯条基体表面上沉积得结合层；
S3：在S2所得的结合层上交替沉积不同成分的调制层，形成功能层；
S4：在S3所得的功能层上沉积得顶层；
S5：对S4制得的带锯条进行后处理，制得周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条。
进一步地，所述结合层、所述功能层和所述顶层均通过电弧离子镀沉积制得。
进一步地，所述功能层的调制周期为5nm～100nm，调制比为5:1～1:5。本申请结合材料微结构设计，根据具体锯切工况，调控调制周期与调制比，使不同调制层之间发生共格或半共格外延生长，可实现力学性能的显著提升。
纳米多层结构涂层的主要力学性能取决于调制周期与调制比，为了实现期望的涂层性能，所以需要限定调制周期与调制比。同样，PVD纳米多层结构目前也在切削刀具与模具领域广泛应用，区别在于不同的成分与调制结构设计，所以本发明申请的技术效果是同相同齿形未涂层的带锯条相比，而非PVD技术本身。
进一步地，S1中预处理包括对带锯条基体的锯条体进行喷砂钝化处理。
S1中，所述预处理具体为：带锯条基体先经过喷砂钝化处理后，再以1～10m/min的速度通过装有金属清洗剂溶液的超声波清洗机，最后氮气吹干后绕卷置于涂层设备真空室内的工件转架上，并设置转架的公转速率为0.1rpm～10.0rpm；当温度达到350℃～550℃，真空度达到1.0～9.0×10-3Pa时，通入Ar气，调节气压至0.3Pa～3.0Pa，启动离子源，功率为0.5kW～10.0kW，工件支架偏压-100V～-1000V，对带锯条基体表面进行刻蚀，刻蚀时间为25min～90min。
进一步地，S5中后处理包括对S4制得的带锯条的锯条体进行喷砂钝化处理。
S5中，所述后处理具体为：将涂层带锯条展开，并以1～10m/min的速度通过干喷砂机，对带锯条的锯条体进行喷砂，喷砂后将带锯条重新绕卷。
带锯条在生产过程中先后通过热处理与包括齿尖与锯条体在内的整体喷砂，不仅能够去除齿尖毛刺，还可以提升齿尖的硬度以及锯条体的抗疲劳性能。本发明申请S1中预处理中的喷砂只喷锯齿，S5中后处理中的喷砂只喷锯条体。
进一步地，S2中，AlTiN结合层的沉积参数为：通入N2气，调节气压至0.5Pa～5.0Pa，设置偏压为-30V～-250V，启动AlTi电弧靶，靶电流为60A～200A，AlTiN结合层的沉积时间为5min～30min；
进一步地，S3中，所述功能层的沉积参数为：先通入N2气，调节气压至0.5Pa～5.0Pa，设置偏压为-60V～-250V，同时启动AlTi电弧靶与AlCr、AlCrY、AlCrSi、AlCrB以及AlCrNb中的任意一种电弧靶，AlTi靶电流为60A～200A，AlCr、AlCrY、AlCrSi、AlCrB以及AlCrNb中的任意一种电弧靶的靶电流为60A～200A，功能层的沉积时间为20min～80min；
进一步地，S4中，所述顶层的沉积参数为：通入N2气，调节气压至0.5Pa～5.0Pa，设置偏压为-60V～-250V，启动AlCr、AlCrY、AlCrSi、AlCrB以及AlCrNb中的任意一种电弧靶，靶电流为60A～200A，所述顶层沉积时间为15min～45min。
基于同一发明构思，本发明所述的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条在不锈钢材质棒料与管材锯切的应用。
进一步地，所述不锈钢棒料主要包括圆钢、方钢、扁钢与八角钢等中的任意一种，所述不锈钢管材主要包括热轧管，冷轧管、冷拔管、挤压管与直缝焊管等中的任意一种。
实施例1
一种周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条，包括带锯条基体1(锯齿材质为高速钢)、及依次沉积在带锯条基体外表面的AlTiN结合层2、AlTiN/AlCrN功能层3、AlCrN顶层4；功能层3由AlTiN调制层31和AlCrN调制层32交替沉积所得，调制比为1:1，调制周期为10nm；AlTiN结合层2和功能层3中的AlTiN层的各元素原子百分比为：Al:30.0at.％，Cr:20.0at.％，N:50.0at.％；所述顶层4和功能层3中的AlCrN层的各元素原子百分比为：Al:27.0at.％，Cr:22.0at.％，N:51.0at.％。
S1预处理：带锯条基体先经过喷砂钝化处理后，再以4m/min的速度通过装有金属清洗剂溶液的超声波清洗机，再使用去离子水漂洗，氮气吹干后装入真空室内的工件转架上，并设置工件转架的公转速率为3rpm；打开加热器将腔体升温至500℃，对腔体抽真空使真空度高于5.0×10-3Pa；向离子源通入Ar气，调节腔室内部气压为3.0Pa，设置离子源功率为5.0kW，设置工件转架偏压-600V，对金属基体表面进行刻蚀，刻蚀时间为60min；
S2制备AlTiN结合层：将偏压调至-80V，关闭Ar气，通入N2气，启动AlTi靶，调节气压至4.0Pa，电弧靶的靶电流为160A，沉积时间为5min；调节沉积偏压为-150V，保持气压与靶电流参数不变，继续沉积15min，得AlTiN结合层；
S3制备AlTiN/AlCrN功能层：保持气压与偏压不变，同时启动AlTi靶与AlCr靶，AlCr靶的靶电流为150A，AlTi靶的靶电流为160A，沉积时间30min；
S4制备AlCrN顶层：关闭AlTi靶，保持气压与偏压不变，调节AlCr靶电流为150A，沉积AlCrN顶层15min；
S5后处理：沉积完成后待真空室温度降至150℃以下，向真空室充气并取出涂层带锯条，随后对涂层带锯条进行喷砂后处理。
其中随炉高速钢样品块表面AlTiN结合层厚度为1.2μm，AlTiN/AlCrN功能层厚度为3.2μm，AlCrN顶层厚度为1.0μm。
对比例1
一种涂层带锯条，包括带锯条基体(锯齿材质为高速钢)、及依次沉积在带锯条基体外表面的AlTiN结合层与AlCrN功能层；AlTiN结合层中的AlTiN层的各元素原子百分比为：Al:30.0at.％，Cr:20.0at.％，N:50.0at.％；所述AlCrN功能层中的AlCrN层的各元素原子百分比为：Al:27.0at.％，Cr:22.0at.％，N:51.0at.％。
S1预处理：带锯条基体先经过喷砂钝化处理后，再以4m/min的速度通过装有金属清洗剂溶液的超声波清洗机，再使用去离子水漂洗，氮气吹干后装入真空室内的工件转架上，并设置工件转架的公转速率为3rpm；打开加热器将腔体升温至550℃，对腔体抽真空使真空度高于3.0×10-3Pa；向离子源通入Ar气，调节腔室内部气压为3.0Pa，设置离子源功率为5.0kW，设置工件转架偏压-600V，对金属基体表面进行刻蚀，刻蚀时间为60min；
S2制备AlTiN结合层：将偏压调至-80V，关闭Ar气，通入N2气，启动AlTi靶，调节气压至4.0Pa，电弧靶的靶电流为160A，沉积时间为5min；调节沉积偏压为-150V，保持气压与靶电流参数不变，继续沉积15min，得AlTiN结合层；
S3制备AlCrN功能层：关闭AlTi靶，保持气压与偏压不变，调节AlCr靶电流为150A，沉积AlCrN顶层60min；
S4后处理：沉积完成后待真空室温度降至150℃以下，向真空室充气并取出涂层带锯条，随后对涂层带锯条进行喷砂后处理。
其中随炉高速钢样品块表面AlTiN结合层厚度为1.2μm，AlCrN功能层厚度为4.1μm。
表1实施例1和对比例1的随炉高速钢样品块表面涂层的厚度、硬度与弹性模量
| 厚度(μm) | 硬度(GPa) | 弹性模量(GPa) | 硬度/有效弹性模量 | |
| 实施例1 | 5.4 | 38.4±1.2 | 451.0±13.5 | 0.091±0.06 |
| 对比例1 | 5.3 | 33.1±0.6 | 509.8±11.6 | 0.069±0.03 |
表1为随炉高速钢试样块上实施例1和对比例1的涂层厚度、纳米压痕硬度、弹性模量以及硬度与有效弹性模量的比值(用于表征涂层材料的韧性，数值越大，韧性越好)。由表1可知，在涂层厚度相近的情况下，实施例1的纳米压痕硬度以及硬度与有效弹性模量比值相对于对比例1表现出显著提升，这说明本发明所述的周期性多层纳米结构能够使氮化物涂层实现硬度与韧性的协同改善。
图2为实施例1和对比例1所制备的与带锯条锯齿材料相同的随炉涂层高速钢试样块在800℃温度下的球盘摩擦系数，具体测试条件包括对磨球材质为Al2O3，直径为6mm，磨痕半径为2mm，载荷为5N，样品旋转速率20cm/s。得益于涂层力学性能与韧性的协同改善，实施例1的摩擦系数较对比例1显著降低，表现出优异的减摩性能。
图3为无涂层带锯条与相同齿形规格的实施例1和对比例1所制备的涂层带锯条锯切直径分别为80mm与160mm规格316不锈钢棒料的锯切寿命对比图。由图可知，与未涂层带锯条以及对比例1涂层带锯条相比，实施例1涂层带锯条锯切不同尺寸规格的316不锈钢棒料的锯切寿命显著提升，说明本发明所述的周期性多层纳米结构氮化物涂层能够实现带锯条锯切寿命的提升。
实施例2
一种周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条，包括带锯条基体1(锯齿材质为高速钢)、及依次沉积在带锯条基体外表面的AlTiN结合层2、AlTiN/AlCrYN功能层3、AlCrYN顶层4；功能层3由AlTiN调制层31和AlCrYN调制层32交替沉积所得，调制比为1:2，调制周期为9nm；AlTiN结合层和AlTiN/AlCrYN功能层中的AlTiN层的各元素原子百分比为：Al:30.0at.％，Cr:20.0at.％，N:50.0at.％；所述AlCrYN顶层和AlTiN/AlCrYN功能层中的各元素原子百分比为：Al:27.0at.％，Cr:21.0at.％，Y:1.0at.％，N:51.0at.％。
S1预处理：带锯条基体先经过喷砂钝化处理后，再以3m/min的速度通过装有金属清洗剂溶液的超声波清洗机，再使用去离子水漂洗，氮气吹干后装入真空室内的工件转架上，并设置转架的公转速率为2rpm；打开加热器将腔体升温至500℃，对腔体抽真空使真空度高于5.0×10-3Pa；向离子源通入Ar气，调节腔室内部气压为3.0Pa，设置离子源功率为6.0kW，设置工件转架偏压-800V，对金属基体表面进行刻蚀，刻蚀时间为40min；
S2制备AlTiN结合层：将偏压调至-80V，关闭Ar气，通入N2气，启动AlTi靶，调节气压至4.0Pa，电弧靶的靶电流为160A，沉积时间为5min；调节沉积偏压为-150V，保持气压与靶电流参数不变，继续沉积15min，得AlTiN结合层；
S3制备AlTiN/AlCrYN功能层：保持气压与偏压不变，同时启动AlTi靶与AlCrY靶，AlCrY靶的靶电流为180A，AlTi靶的靶电流为120A，沉积时间30min；
S4制备AlCrYN顶层：关闭AlTi靶，保持气压与偏压不变，调节AlCrY靶电流为150A，沉积时间为15min；
S5后处理：沉积完成后待真空室温度降至150℃以下，向真空室充气并取出涂层带锯条，随后对涂层带锯条进行喷砂后处理。
其中随炉高速钢样品块表面AlTiN结合层厚度为1.0μm，AlTiN/AlCrYN功能层厚度为2.9μm，AlCrYN顶层厚度为1.1μm。
实施例3
一种周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条，包括带锯条基体1(锯齿材质为高速钢)、及依次沉积在带锯条基体外表面的AlTiN结合层2、AlTiN/AlCrSiN功能层3、AlCrSiN顶层4；功能层3由AlTiN调制层31和AlCrSiN调制层32交替沉积所得，调制比为3:1，调制周期为10nm；AlTiN结合层和AlTiN/AlCrTiN功能层中的AlTiN层的各元素原子百分比为：Al:30.0at.％，Cr:20.0at.％，N:50.0at.％；所述AlCrSiN顶层和AlTiN/AlCrSiN功能层中的各元素原子百分比为：Al:31.0at.％，Cr:14.0at.％，Si:4.0at.％，N:51.0at.％。
S1预处理：带锯条基体先经过喷砂钝化处理后，再以3m/min的速度通过装有金属清洗剂溶液的超声波清洗机，再使用去离子水漂洗，氮气吹干后装入真空室内的工件转架上，并设置转架的公转速率为2rpm；打开加热器将腔体升温至500℃，对腔体抽真空使真空度高于5.0×10-3Pa；向离子源通入Ar气，调节腔室内部气压为3.0Pa，设置离子源功率为6.0kW，设置工件转架偏压-800V，对金属基体表面进行刻蚀，刻蚀时间为40min；
S2制备AlTiN结合层：将偏压调至-80V，关闭Ar气，通入N2气，启动AlTi靶，调节气压至4.0Pa，电弧靶的靶电流为160A，沉积时间为5min；调节沉积偏压为-150V，保持气压与靶电流参数不变，继续沉积15min，得AlTiN结合层；
S3制备AlTiN/AlCrSiN功能层：保持气压与偏压不变，同时启动AlTi靶与AlCrSi靶，AlCrSi靶的靶电流为100A，AlTi靶的靶电流为180A，沉积时间30min；
S4制备AlCrSiN顶层：关闭AlTi靶，保持气压与偏压不变，调节AlCrTi靶电流为150A，沉积时间为15min；
S5后处理：沉积完成后待真空室温度降至150℃以下，向真空室充气并取出涂层带锯条，随后对涂层带锯条进行喷砂后处理。
其中随炉高速钢样品块表面AlTiN结合层厚度为1.0μm，AlTiN/AlCrSiN功能层厚度为3.2μm，AlCrSiN顶层厚度为1.2μm。
实施例4
一种周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条，包括带锯条基体1(锯齿材质为高速钢)、及依次沉积在带锯条基体外表面的AlTiN结合层2、AlTiN/AlCrNbN功能层3、AlCrNbN顶层4；功能层3由AlTiN调制层31和AlCrNbN调制层32交替沉积所得，调制比为1:2，调制周期为9nm；AlTiN结合层和AlTiN/AlCrNbN功能层中的AlTiN层的各元素原子百分比为：Al:30.0at.％，Cr:20.0at.％，N:50.0at.％；所述AlCrNbN顶层和AlTiN/AlCrNbN功能层中的各元素原子百分比为：Al:27.0at.％，Cr:20.0at.％，Nb:3.0at.％，N:51.0at.％。
S1预处理：带锯条基体先经过喷砂钝化处理后，再以3m/min的速度通过装有金属清洗剂溶液的超声波清洗机，再使用去离子水漂洗，氮气吹干后装入真空室内的工件转架上，并设置转架的公转速率为2rpm；打开加热器将腔体升温至500℃，对腔体抽真空使真空度高于5.0×10-3Pa；向离子源通入Ar气，调节腔室内部气压为3.0Pa，设置离子源功率为6.0kW，设置工件转架偏压-800V，对金属基体表面进行刻蚀，刻蚀时间为30min；
S1预处理：带锯条基体先经过喷砂钝化处理后，再以3m/min的速度通过装有金属清洗剂溶液的超声波清洗机，再使用去离子水漂洗，氮气吹干后装入真空室内的工件转架上，并设置转架的公转速率为2rpm；打开加热器将腔体升温至500℃，对腔体抽真空使真空度高于5.0×10-3Pa；向离子源通入Ar气，调节腔室内部气压为3.0Pa，设置离子源功率为6.0kW，设置工件转架偏压-800V，对金属基体表面进行刻蚀，刻蚀时间为40min；
S2制备AlTiN结合层：将偏压调至-80V，关闭Ar气，通入N2气，启动AlTi靶，调节气压至4.0Pa，电弧靶的靶电流为160A，沉积时间为5min；调节沉积偏压为-150V，保持气压与靶电流参数不变，继续沉积15min，得AlTiN结合层；
S3制备AlTiN/AlCrNbN功能层：保持气压与偏压不变，同时启动AlTi靶与AlCrY靶，AlCrNb靶的靶电流为180A，AlTi靶的靶电流为120A，沉积时间30min；
S4制备AlCrNbN顶层：关闭AlTi靶，保持气压与偏压不变，调节AlCrNb靶电流为150A，沉积时间为15min；
S5后处理：沉积完成后待真空室温度降至150℃以下，向真空室充气并取出涂层带锯条，随后对涂层带锯条进行喷砂后处理。
其中随炉高速钢样品块表面AlTiN结合层厚度为1.0μm，AlTiN/AlCrNbN功能层厚度为3.0μm，AlCrNbN顶层厚度为1.1μm。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条，其特征在于：包括带锯条基体，以及依次沉积在带锯条基体外表面的AlTiN结合层、AlTiN/AlCrN基功能层和AlCrN基顶层；所述AlTiN/AlCrN基功能层由AlTiN调制层和AlCrN基调制层交替沉积所得。
2.根据权利要求1所述的周期性多层结构涂层带锯条，其特征在于，所述AlTiN结合层的厚度为0.5μm～1.5μm，AlTiN/AlCrN基功能层的厚度为1.0μm～3.5μm，AlCrN基顶层的厚度为1.0μm～2.0μm。
3.根据权利要求1所述的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条，其特征在于，所述AlTiN/AlCrN基功能层的调制周期为5nm～100nm，调制比为5:1～1:5。
4.根据权利要求1所述的周期性多层纳米结构氮化物涂层带锯条，其特征在于，所述AlTiN/AlCrN基功能层和AlCrN基顶层中的AlCrN基涂层分别为AlCrN、AlCrYN、AlCrSiN、AlCrBN以及AlCrNbN中的任意一种，且Al/Cr、Al/(Cr+Y)、Al/(Cr+Si)、Al/(Cr+B)以及Al/(Cr+Nb)的原子比例均大于或等于1.0，N的原子比例为0.45～0.55。
5.根据权利要求1所述的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条，其特征在于，所述带锯条基体的锯齿材料为高速钢或硬质合金，锯条体基体的锯条体材料为弹簧钢。
6.根据权利要求1～5任一项所述周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将带锯条基体进行预处理；
S2：在S1预处理所得的带锯条基体表面上，通过电弧离子镀沉积得AlTiN结合层；
S3：在S2所得的AlTiN结合层上，通过电弧离子镀多靶交替沉积方式得AlTiN/AlCrN基功能层；
S4：在S3所得的AlTiN/AlCrN基功能层上，通过电弧离子镀沉积得AlCrN基顶层；
S5：将S4所得的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条进行后处理。
7.根据权利要求6所述的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条的制备方法，其特征在于，S1中预处理包括对带锯条基体的齿尖进行喷砂钝化处理。
8.根据权利要求6所述的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条的制备方法，其特征在于，S5中后处理包括对S4制得的带锯条的锯条体进行喷砂钝化处理。
9.根据权利要求1～5中任一项所述的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条及权利要求6所述的制备方法制备的周期性多层纳米结构氮化物硬质涂层带锯条的应用，其特征在于，所述涂层带锯条用于不锈钢材质棒料与管材的锯切。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115386834A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-25 | 湖南泰嘉新材料科技股份有限公司 | 一种复合氮化物涂层圆锯片及其制备方法 |
| CN115595532A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-01-13 | 株洲华锐精密工具股份有限公司（Cn） | 一种多层结构硬质涂层及其制备方法与应用 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102268637A (zh) * | 2011-06-28 | 2011-12-07 | 株洲钻石切削刀具股份有限公司 | 含TiAlN层和CrAlN层的复合涂层刀具及其制备方法 |
| CN104175682A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-03 | 株洲钻石切削刀具股份有限公司 | 自硬化TiAlN/CrAlN多层涂层刀具及其制备方法 |
| CN111886094A (zh) * | 2018-01-26 | 2020-11-03 | 京瓷株式会社 | 涂层刀具和具备它的切削刀具 |
| CN113416926A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-09-21 | 湖南泰嘉新材料科技股份有限公司 | 一种纳米多层结构过渡金属氮化物涂层及其制备方法和应用 |
| CN113584438A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-02 | 湖南泰嘉新材料科技股份有限公司 | 一种周期性多层结构涂层带锯条及其制备方法和应用 |
-
2021
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102268637A (zh) * | 2011-06-28 | 2011-12-07 | 株洲钻石切削刀具股份有限公司 | 含TiAlN层和CrAlN层的复合涂层刀具及其制备方法 |
| CN104175682A (zh) * | 2014-08-29 | 2014-12-03 | 株洲钻石切削刀具股份有限公司 | 自硬化TiAlN/CrAlN多层涂层刀具及其制备方法 |
| CN111886094A (zh) * | 2018-01-26 | 2020-11-03 | 京瓷株式会社 | 涂层刀具和具备它的切削刀具 |
| CN113416926A (zh) * | 2021-05-17 | 2021-09-21 | 湖南泰嘉新材料科技股份有限公司 | 一种纳米多层结构过渡金属氮化物涂层及其制备方法和应用 |
| CN113584438A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-02 | 湖南泰嘉新材料科技股份有限公司 | 一种周期性多层结构涂层带锯条及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| "Cr-Al-N系涂层的成分与组织结构对其高温行为的影响", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》, no. 01, pages 9 - 10 * |
| 贾寓真;吴懿萍;欧阳武;刘国跃;彭动军;陈刚;: "喷砂工艺对双金属带锯条锯切性能和疲劳寿命的影响", 工具技术, no. 08, pages 37 - 40 * |
| 郑康培: "CrAlN基单层及纳米多层涂层的微观结构、力学性能及超硬效应研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》, no. 06, pages 7 - 8 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115386834A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-11-25 | 湖南泰嘉新材料科技股份有限公司 | 一种复合氮化物涂层圆锯片及其制备方法 |
| CN115595532A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-01-13 | 株洲华锐精密工具股份有限公司（Cn） | 一种多层结构硬质涂层及其制备方法与应用 |
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