CN1923508A - 用于切削工具的TiN/AlON纳米多层涂层 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及的是一种用于切削工具技术领域的用于切削工具的TiN/AlON纳米多层涂层。由TiN层和AlON层交替沉积在硬质合金、陶瓷或金属基体上形成，TiN层的厚度为3～5nm，AlON层厚为0.3～0.8nm，涂层总厚度为2～5μm。本发明的TiN/AlON纳米多层涂层可采用在氩、氮混合气氛中的双靶反应溅射技术在抛光的金属或陶瓷基体表面交替沉积TiN层和AlON层得到。本发明所得的TiN/AlON纳米多层涂层不但具有优良的高温抗氧化性，而且具有高的硬度；最高硬度可达41GPa。本发明作为高速切削刀具及其它在高温条件下服役耐磨工件的涂层。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种用于切削工具技术领域的纳米涂层，特别是一种用于切削工具的TiN/AlON纳米多层涂层。
背景技术
切削速度≥100m/min的高速切削技术和不用或少用冷却液的干式切削技术，由于加工效率高，对环境污染小，正逐步成为切削技术发展的主流。然而，这些技术对刀具涂层的性能提出了更高的要求，即需要涂层不但具有高硬度、低摩擦系数等力学性能外，更需要涂层具有优异的高温抗氧化性。
经对现有技术文献的检索发现，美国专利US6565957，US6638571，US5766782和中国专利95108982.X等采用在TiN等涂层的表面或中间增加一层或多层0.1～8μm厚的Al2O3层，使之与氮化物层形成多层结构的涂层。尽管致密的Al2O3层能显著提高涂层的抗氧化性，但由于Al2O3的硬度远低于氮化物，这种氮化物和较厚的Al2O3层组成的多层涂层的硬度会明显降低，从而影响到刀具涂层切削功能的有效发挥。
美国专利US6333099B1还提供了一种具有优良抗氧化性能的MeN/Al2O3纳米多层涂层，该涂层中的过渡族金属氮化物可以是Ti、Nb、Hf、V、Ta、Mo、Zr、Cr、W、Al等元素或者它们混合物的氮化物，写作MeN。该多层涂层由层厚各为0.1～30nm的MeN层和Al2O3层交替沉积，形成两种组分周期变化的多层结构，涂层总厚度为0.5～20μm，这种涂层的硬度虽然不低于其组成物MeN和Al2O3单层涂层的硬度，但其硬度不高，仍然无法满足现代加工制造行业对涂层力学性能的更高需求。
由两种氮化物以纳米量级交替沉积形成的纳米多层涂层，由于两种氮化物剪切模量的差异，界面对位错的移动和裂纹的扩展产生阻滞作用，在两氮化物成分调制周期为约5～10nm时涂层会产生硬度明显升高的超硬效应。据此，中国专利公开号：CN1587434，一种含有氧化物层的TiN/SiO2纳米多层涂层，利用多层涂层的超硬效应，使涂层得到强化。其最高硬度可达40GPa以上，明显高于TiN单层涂层的硬度(23GPa)。同时，由于层状SiO2的存在，这种多层涂层具有优良的高温抗氧化性，这一结果显示出采用氮化物和氧化物组合获得兼具高硬度和高抗氧化性涂层的可能性和广阔前景。考虑到与SiO2相比，Al2O3具有更高的硬度和更优异的抗氧化性。而当Al2O3中氧原子部分被氮原子取代后，由AlN和Al2O3固溶而成的AlON材料抗氧化温度高达1200℃，力学性能优于Al2O3。
发明内容
本发明的目的在于克服现有TiN涂层硬度和高温抗氧化性能方面的不足，提供一种用于切削工具的TiN/AlON纳米多层涂层。使其不仅可具有高达1000℃的高温抗氧化性，并且最高硬度可达35GPa以上，适合于高速切削和干式切削，同时兼具高硬度和优异抗氧化性能的TiN/AlON纳米多层涂层。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明TiN/AlON纳米多层涂层由TiN层和AlON层交替沉积在金属或陶瓷的基体上组成，TiN层的厚度为3～5nm，AlON层的厚度为0.3～0.8nm，纳米多层涂层的总厚度为2～5μm。
正是这种由两层材料组成的共格超晶格结构使纳米多层涂层获得高硬度，并由于存在大量具有优良抗氧化性的AlON层，这种纳米多层膜具有优异的高温抗氧化性。
这种纳米多层涂层获得高硬度的关键在于严格控制纳米多层涂层中AlON层的厚度在0.3～0.8nm范围。在此厚度范围内，N∶O比为0.1～0.3的AlON层可以在TiN晶体层的模板作用下产生晶化，并与TiN层形成相互共格的外延超晶格结构的柱状晶。这种特有的微结构特征使得TiN/AlON纳米多层涂层呈现硬度升高的超硬效应，其硬度高于35GPa，最高硬度为41GPa，明显高于TiN涂层的硬度(～23GPa)。而该多层涂层中大量AlON层的存在将显著提高纳米多层涂层的抗氧化性，其抗氧化温度可达1000℃，这种涂层材料作为高速切削和干式切削的刀具保护涂层以及其他耐磨涂层。
本发明的TiN/AlON纳米多层涂层可采用直流或射频阴极控制的金属Ti靶和射频阴极控制的陶瓷Al2O3靶在氩和氮的混合气氛中通过反应溅射方法沉积于抛光的金属或陶瓷表面获得。
附图说明
图1本发明TiN/AlON硬质纳米多层涂层结构示意图。
图中：TiN层1、AlON层2、基体3。
图2TiN/AlON硬质纳米多层涂层的透射电子显微镜照片。
照片显示了多层膜TiN层和AlON层形成交替生长的结构，其中TiN层为4.3nm，AlON层为0.7nm，AlON层中的N、O比为0.3。
图3TiN/AlON硬质纳米涂层的透射电子显微镜照片。
照片显示了纳米多层涂层中AlON层已经晶体化，并与TiN层形成了晶格连续的共格外延生长结构。
具体实施方式
以下结合本发明的内容提供实施例：
如图1所示，本发明的实施例均由TiN层1和AlON层2交替沉积在金属或陶瓷的基体3上组成，TiN层1的厚度为3～5nm，AlON层2的厚度为0.3～0.8nm，纳米多层涂层的总厚度为2～5μm。采用直流或射频阴极控制的金属Ti靶和射频阴极控制的陶瓷Al2O3靶在氩和氮的混合气氛中通过反应溅射方法沉积于抛光的金属或陶瓷表面获得。
实例一
本实施例由TiN层1和AlON层2交替沉积在金属或陶瓷的基体3上组成，TiN层1的厚度为3nm，AlON层2的厚度为0.3nm。由此得到的TiN/AlON多层涂层涂层的总厚度为2μm，其中AlON层中的N、O比为0.3，涂层的硬度为35GPa。
实例二
本实施例由TiN层1和AlON层2交替沉积在金属或陶瓷的基体3上组成。TiN/AlON多层涂层总厚度为4μm，TiN层的厚度为3nm，AlON层厚为0.5nm，其中AlON层中的N、O比为0.3，涂层的硬度为41GPa。
实例三
本实施例由TiN层1和AlON层2交替沉积在金属或陶瓷的基体3上组成。TiN/AlON多层涂层总厚度为3μm，TiN层的厚度为3nm，AlON层厚为0.8nm，其中AlON层中的N、O比为0.3，涂层的硬度为36GPa。
实例四
本实施例由TiN层1和AlON层2交替沉积在金属或陶瓷的基体3上组成。TiN/AlON多层涂层总厚度为5μm，TiN层的厚度为4.3nm，AlON层厚为0.7nm，其中AlON层中的N、O比为0.2，涂层的硬度为37GPa。
实例五
本实施例由TiN层1和AlON层2交替沉积在金属或陶瓷的基体3上组成。TiN/AlON多层涂层总厚度为5μm，TiN层的厚度为5nm，AlON层厚为0.6nm，其中AlON层中的N、O比为0.1，涂层的硬度为38GPa。
Claims (3)
1、一种用于切削工具的TiN/AlON纳米多层涂层，其特征在于：由TiN层和AlON层交替沉积在金属或陶瓷的基体上组成，TiN层的厚度为3～5nm，AlON层的厚度为0.3～0.8nm，纳米多层涂层的总厚度为2～5μm。
2、根据权利要求1所述的用于切削工具的TiN/AlON纳米多层涂层，其特征是，所述的纳米多层涂层中的AlON层在0.3～0.8nm的范围内形成晶体态，并与TiN形成共格界面的多晶超晶格结构。
3、根据权利要求1或者2所述的用于切削工具的TiN/AlON纳米多层涂层，其特征是，所述的AlON层中的N∶O比为0.1～0.3。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102206808A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-10-05 | 上海理工大学 | 高硬度高弹性模量TiAlN/AlON纳米多层涂层及其制备方法 |
| CN102409309A (zh) * | 2011-11-01 | 2012-04-11 | 西安交通大学 | 一种共格/半共格结构的Al/W 多层膜制备方法 |
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| CN108588715A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-09-28 | 九江职业技术学院 | 一种含有钴钛氮铝的纳米复合刀具涂层及其制备方法 |
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Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102206808A (zh) * | 2011-05-26 | 2011-10-05 | 上海理工大学 | 高硬度高弹性模量TiAlN/AlON纳米多层涂层及其制备方法 |
| CN102206808B (zh) * | 2011-05-26 | 2013-06-26 | 上海理工大学 | 高硬度高弹性模量TiAlN/AlON纳米多层涂层及其制备方法 |
| CN102409309A (zh) * | 2011-11-01 | 2012-04-11 | 西安交通大学 | 一种共格/半共格结构的Al/W 多层膜制备方法 |
| CN102409309B (zh) * | 2011-11-01 | 2013-07-10 | 西安交通大学 | 一种共格/半共格结构的Al/W 多层膜制备方法 |
| CN104968832A (zh) * | 2013-01-25 | 2015-10-07 | 钴碳化钨硬质合金公司 | 用于切削工具的绿色耐火涂层 |
| CN104311038A (zh) * | 2014-10-21 | 2015-01-28 | 山东理工大学 | 一种AlON涂层AlN陶瓷基片的制备方法 |
| CN108588715A (zh) * | 2018-04-28 | 2018-09-28 | 九江职业技术学院 | 一种含有钴钛氮铝的纳米复合刀具涂层及其制备方法 |
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