本发明属于机械切削刀具制造领域，涉及了一种B-Cr/ta-C涂层刀具及其制备方法。
背景技术：
对刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一，目前国内外涂层刀具普遍采用TiN、CrN、TiAlN、AlCrN和CrAlTi等多种涂层。DLC涂层由于具有低的摩擦系数、高的硬度和抗磨损性能，广泛应用于切削刀具、齿轮、磨具及工具等表面。然而DLC涂层中SP3键含量一般在30-50％，其硬度一般小于30GPa，且其与基体粘结强度较低。四面体无定型碳(ta-C)中SP3键含量一般在60-90％，且存在SP2键，因此，与DLC相比，ta-C具有更高的硬度和良好的减摩抗磨性能，但由于薄膜中高应力的存在，可能加剧薄膜剥落。
中国专利“申请号201010136163.4”报道了采用磁控溅射方法在硬质合金、高速钢材料表面制备ta-C涂层，该方法制备的ta-C涂层具有较高的硬度和良好的韧性。中国专利“申请号201320221551.1”报道了在手术刀表面沉积纳米ta-C镀层，减小手术过程出血量和细胞的损伤，从而减轻病人痛苦。中国专利“申请号201380013488.5”报道了在塑料食品容器内壁沉积Si-DLC涂层，从而使其具有高的氧阻隔性和优异的机械性能。
技术实现要素：
技术问题：本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种B-Cr/ta-C涂层刀具及其制备方法。该刀具既具有良好的韧性和极高的硬度，同时与基体具有较高的结合强度。干切削时，该刀具能够减小摩擦、抑制粘结、降低切削力和切削温度、减小刀具磨损，从而提高刀具寿命。
技术方案：本发明的一种B-Cr/ta-C涂层刀具通过以下方式实现：
刀具基体材料为高速钢或硬质合金，其特征在于：涂层为多层结构，刀具基体的表面为B-Cr/ta-C涂层，B-Cr/ta-C涂层与基体之间有TiCrN和Ti过渡层。
所述的B-Cr/ta-C涂层中B和Cr含量的原子百分比均在2-5％范围内，TiCrN层中Cr含量的原子百分比在10-20％范围内，B-Cr/ta-C层中SP3键结构含量占80-90％。
所述的B-Cr/ta-C涂层刀具的制备方法采用多弧离子镀+中频磁控溅射共沉积的方法在刀具表面制备Ti+TiCrN过渡层和B-Cr/ta-C涂层，其具体制备步骤为：
1)前处理：将刀具基体材料研磨抛光至镜面，依次放入酒精和丙酮中超声清洗各20-30min，去除表面油渍等污染物，采用真空干燥箱充分干燥后迅速放入镀膜机真空室，真空室本底真空为7.0×10-3Pa，加热至180-190℃，保温时间30-40min；
2)离子清洗：通入Ar气，其压力为0.6-1.5Pa，开启偏压电源，电压800-900V，占空比0.2，辉光放电清洗20-30min；偏压降低至200-300V，开启离子源离子清洗20-30min，开启电弧源Ti靶，偏压400-600V，靶电流40-50A，离子轰击Ti靶1-2min；
3)沉积Ti：调整Ar气压至0.4-0.5Pa，偏压降低至100-200V，电弧镀Ti 2-5min；
4)沉积TiCrN：调整工作气压为0.5-0.6Pa，偏压80-150V，Ti靶电流80-100A；开启N2，调整N2流量为150-200sccm，沉积温度为220-260℃，开启中频Cr靶电流10-20A，电弧镀+中频磁控溅射沉积TiCrN 5-10min；
5)沉积B-Cr/ta-C涂层：关闭Ti靶材，关闭N2；调整Ar气压至0.7-1.5Pa，偏压至150-300V，调整Cr靶电流3-5A，开启B靶电弧电源，电流调制3-5A，开启石墨阴极电弧电源，电流调制60-100A，电弧镀+中频磁控溅射沉积B-Cr/ta-C50-60min；
6)后处理：关闭Cr靶、B靶和石墨靶，关闭偏压电源、离子源及气体源，保温30-40min，涂层结束。
有益效果：该刀具涂层为多层结构，刀具表面为B-Cr/ta-C涂层，B-Cr/ta-C涂层与基体之间为TiCrN和Ti过渡层，以减小残余应力，增加涂层与刀具基体之间的结合强度。掺杂Cr和B的ta-C涂层能够显著的降低涂层内应力、改善其热稳定性，且有助于降低涂层表面粗糙度并提高其致密性。该刀具既具有良好的韧性和极高的硬度，同时与基体具有较高的结合强度。干切削时，该刀具能够减小摩擦、抑制粘结、降低切削力和切削温度、减小刀具磨损，从而提高刀具寿命。
附图说明
图1为本发明的B-Cr/ta-C涂层刀具的结构示意图。其中有：刀具基体1，Ti过渡层2，TiCrN过渡层3，B-Cr/ta-C涂层4。
具体实施方式
实例1：B-Cr/ta-C涂层刀具及其制备方法，刀具基体材料为高速钢或硬质合金，涂层为多层结构，刀具表面为B-Cr/ta-C涂层，B-Cr/ta-C涂层与基体之间有TiCrN和Ti过渡层。B-Cr/ta-C涂层刀具的制备方法是采用多弧离子镀+中频磁控溅射共沉积的方式。其具体制备步骤为：
1)前处理：将刀具基体材料研磨抛光至镜面，依次放入酒精和丙酮中超声清洗各20min，去除表面油渍等污染物，采用真空干燥箱充分干燥后迅速放入镀膜机真空室。真空室本底真空为7.0×10-3Pa，加热至180℃，保温时间30min。
2)离子清洗：通入Ar气，其压力为0.8Pa，开启偏压电源，电压800V，占空比0.2，辉光放电清洗20min；偏压降低至200V，开启离子源离子清洗30min，开启电弧源Ti靶，偏压400V，靶电流40A，离子轰击Ti靶1min。
3)沉积Ti：调整Ar气压至0.4Pa，偏压降低至100V，电弧镀Ti 2min。
4)沉积TiCrN：调整工作气压为0.5Pa，偏压90V，Ti靶电流80A；开启N2，调整N2流量为150sccm，沉积温度为220℃，开启中频Cr靶电流10A，电弧镀+中频磁控溅射沉积TiCrN 6min。
5)沉积B-Cr/ta-C涂层：关闭Ti靶材，关闭N2。调整Ar气压至0.8Pa，偏压至180V。调整Cr靶电流3A，开启B靶电弧电源，电流调制3A，开启石墨阴极电弧电源，电流调制60A，电弧镀+中频磁控溅射沉积B-Cr/ta-C 50min。
6)后处理：关闭Cr靶、B靶和石墨靶，关闭偏压电源、离子源及气体源，保温40min，涂层结束。
实例2：B-Cr/ta-C涂层刀具及其制备方法，刀具基体材料为高速钢或硬质合金，涂层为多层结构，刀具表面为B-Cr/ta-C涂层，B-Cr/ta-C涂层与基体之间有TiCrN和Ti过渡层。B-Cr/ta-C涂层刀具的制备方法是采用多弧离子镀+中频磁控溅射共沉积的方式。其具体制备步骤为：
1)前处理：将刀具基体材料研磨抛光至镜面，依次放入酒精和丙酮中超声清洗各30min，去除表面油渍等污染物，采用真空干燥箱充分干燥后迅速放入镀膜机真空室。真空室本底真空为7.0×10-3Pa，加热至180℃，保温时间40min。
2)离子清洗：通入Ar气，其压力为1.2Pa，开启偏压电源，电压900V，占空比0.2，辉光放电清洗30min；偏压降低至200V，开启离子源离子清洗20min，开启电弧源Ti靶，偏压550V，靶电流50A，离子轰击Ti靶2min。
3)沉积Ti：调整Ar气压至0.5Pa，偏压降低至180V，电弧镀Ti 4min。
4)沉积TiCrN：调整工作气压为0.6Pa，偏压120V，Ti靶电流100A；开启N2，调整N2流量为200sccm，沉积温度为250℃，开启中频Cr靶电流20A，电弧镀+中频磁控溅射沉积TiCrN 8min。
5)沉积B-Cr/ta-C涂层：关闭Ti靶材，关闭N2。调整Ar气压至1.5Pa，偏压至260V。调整Cr靶电流5A，开启B靶电弧电源，电流调制5A，开启石墨阴极电弧电源，电流调制100A，电弧镀+中频磁控溅射沉积B-Cr/ta-C 60min。
6)后处理：关闭Cr靶、B靶和石墨靶，关闭偏压电源、离子源及气体源，保温30min，涂层结束。