一种刀具表面氮铝钛涂层制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及真空镀膜领域，尤其涉及一种刀具表面硬质涂层制备方法。
【背景技术】
[0002]近几年，先进加工技术取得了长足的发展，高速机床和加工中心得到了广泛的应用，刀具作为现代加工业的牙齿，加工的速度越来越快，同时工作时的温度也是越来越高，因此刀具的性能要求更是苛刻。为了提高刀具的使用温度和保持刀具在高温下仍具有符合要求的硬度，人们在刀具的材料和刀具表面涂层技术方面不断取得突破。刀具的材料从碳钢发展到高速钢、硬质合金、类金钢石等，涂层从碳化钛发展到氮化钛、氮铝钛等。氮铝钛具有良好的加工性能，能满足较恶劣的使用环境，适用性广。常见的制备氮铝钛涂层的方法有磁控溅射法和离子镀法。离子镀氮铝钛涂层时，为了增加涂层与刀具之间的结合力，防止涂层从刀具表面脱落，常常在制备氮铝钛涂层之前，制备一层厚度合适的氮化钛过渡层，不过，氮化钛过渡层虽然增加了氮铝钛涂层与刀具之间的结合力，但由于刀具表面与氮化钛过渡层之间存在明显的界面，结合力增加的仍然不够。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是提供一种可增加氮铝钛涂层与刀具表面的结合力的氮铝钛涂层制备方法。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种刀具表面氮铝钛涂层制备方法，包括如下步骤:
[0005]a、刀具的清洁和干燥；
[0006]b、刀具放入离子镀设备真空室的工件架上，将真空室抽到一定的真空度；
[0007]c、通入氩气，氩离子轰击刀具；
[0008]d、蒸发金属钛，制备氮化钛过渡层；
[0009]e、蒸发金属铝和钛，制备氮铝钛涂层；
[0010]其特征在于，在步骤c和d之间，还包括利用金属离子轰击刀具、在刀具表面制造微观凹陷的步骤。
[0011]其中，上述方法中，所述金属离子为钛离子和/或铝离子。
[0012]其中，上述方法中，所述金属离子是通过离化蒸发源中的涂层金属材料获得。
[0013]其中，上述方法中，所述金属离子也可以来源于离子发生器或离子源。
[0014]其中，上述方法中，金属离子对刀具表面进行轰击是通过刀具接电源负极、蒸发源接电源正极实现的。
[0015]进一步的，所述电源的电压为400?800伏。
[0016]本发明的有益效果是:
[0017]本发明所述的金属离子是铝离子、钛离子中的任意一种或者两种，或者其它种类的金属离子。钛和铝是氮铝钛涂层的成份，可以通过离化蒸发源中的涂层材料铝或钛获得，也可以是通过安装在离子镀膜设备上的离子发生器或者离子源来提供。对于前一种方式，钛和/或铝离化后，在负电压的引导下对刀具进行轰击，在刀具表面撞出凹陷，即在刀具表面撞出一些“坑”，这些“坑”在后继的氮化钛过渡层制备时，将由氮化钛成份来填充，因此部分氮化钛成份是镶嵌在刀具表面的，在这镶嵌的部分，刀具材料和氮化钛涂层材料是混合在一起的，这就增加了氮化钛过渡层与刀具表面的结合力，间接提高了整个涂层体系与刀具表面的结合力。金属离子轰击刀具表面时，金属离子将刀具材料的原子轰击出去的过程与金属离子在刀具表面沉积是同时进行的，因此，为了避免金属离子的沉积，需要较大的能量，使轰击过程大于沉积过程，因此轰击时，刀具表面的负电压应在400V到800V。
[0018]由此，本发明通过在刀具表面制造“坑”，并由氮化钛过渡层材料来填充，使刀具材料与氮化钛过渡层材料紧密的结合在一起，增大了刀具表面与氮铝钛涂层体系的结合了，有效地防止了氮铝钛涂层刀具使用过程中的脱落问题，延长了氮铝钛涂层刀具的使用寿命ο
【具体实施方式】
[0019]下面通过【具体实施方式】对本发明进一步说明。
[0020]本发明刀具表面氮铝钛涂层制备方法，包括如下步骤:
[0021]1、刀具表面的清洁和干燥。不净洁的表面不仅会使涂层的成份改变，而且会严重地影响涂层与刀具表面的组合力，这个步骤往往被称为预处理。
[0022]2、将待沉积的刀具放入镀镆设备真空室中的工作架上。刀具的种类、形状不同，则对应的工作架也会不同。真空室闭合之后开始抽真空，达到本底真空度。
[0023]3、放入氩气，进行辉光放电或者弧光放电，离化氩气，用产生的氩离子轰击刀具表面，对刀具进行初步的升温。
[0024]4、金属离子轰击刀具，在刀具表面制造微观凹陷。在这个步骤中，金属离子的来源可以是蒸发预先放置在蒸发源中的金属钛或者金属铝或者两种一起蒸发，蒸发之后在电场中离化，带正电的金属离子在负电压的作用下对刀具表面进行轰击。需要注意的是，这个过程其实和涂层成份在刀具表面沉积成膜是同样的过程，为了避免金属离子在刀具表面沉积下来，这就需要施加在刀具表面的负电压大于沉积时施加的负电压，应在400V到800V，这样即使有金属离子在刀具表面沉积下来，也会被后来的离子轰击出刀具表面，而且会将部份刀具表面材料也轰击出去，在刀具表面留下一些微小的“坑”。轰击刀具表面的金属离子也可以来源于离化发生器或者离子源，因为多了一个设备，需要对设备进行改造，或者设备本身带有这样作用的设备，无论哪种情况，成本都不占优势。尽管如此，这也是可行的。
[0025]5、蒸发金属钛，制备氮化钛过渡层。因为有了第4步骤制造的“坑”，氮化钛过渡层材料首先进行填充，刀具材料与过渡层材料混合在一起，大大增加了两者的结合力，有效缓解在涂层从刀具表面脱落的问题。
[0026]6、最后一个步骤就是蒸发金属铝和钛，制备氮铝钛涂层。
[0027]下面通过实例对本发明效果做进一步的说明。
[0028]对硬质合金刀具进行镀膜处理，方法一按照常规技术进行，即步骤a、刀具的清洁和干燥；b、刀具放入离子镀设备真空室的工件架上，将真空室抽到一定的真空度；c、通入氩气，氩离子轰击刀具；d、蒸发金属钛，制备氮化钛过渡层；e、蒸发金属铝和钛，制备氮铝钛涂层。方法二(即本发明方法):a、刀具的清洁和干燥；b、刀具放入离子镀设备真空室的工件架上，将真空室抽到一定的真空度；c、通入氩气，氩离子轰击刀具；d、刀具接电源负极、蒸发源接电源正极，电压500伏，利用金属离子轰击刀具、在刀具表面制造微观凹陷；e、蒸发金属钛，制备氮化钛过渡层；f、蒸发金属铝和钛，制备氮铝钛涂层。
[0029]通过本技术领域常用的划痕试验法测试刀具表面与氮铝钛涂层体系的结合强度，方法一测试结果为58牛顿左右，方法二为73牛顿左右。
【主权项】
1.一种刀具表面氮铝钛涂层制备方法，包括如下步骤: a、刀具的清洁和干燥； b、刀具放入离子镀设备真空室的工件架上，将真空室抽到一定的真空度； c、通入氩气，氩离子轰击刀具； d、蒸发金属钛，制备氮化钛过渡层； e、蒸发金属招和钦，制备氣招钦涂层； 其特征在于，在步骤c和d之间，还包括利用金属离子轰击刀具、在刀具表面制造微观凹陷的步骤。2.根据权利要求1所述的刀具表面氮铝钛涂层制备方法，其特征在于:所述金属离子为钛离子和/或铝离子。3.根据权利要求1或2所述的刀具表面氮铝钛涂层制备方法，其特征在于:所述金属离子是通过离化蒸发源中的涂层金属材料获得。4.根据权利要求1或2所述的刀具表面氮铝钛涂层制备方法，其特征在于:所述金属离子来源于离子发生器。5.根据权利要求1至4任一项所述的刀具表面氮铝钛涂层制备方法，其特征在于:金属离子对刀具表面进行轰击是刀具接电源负极、蒸发源接电源正极实现的。6.根据权利要求5所述的刀具表面氮铝钛涂层制备方法，其特征在于:所述电源的电压为400?800伏。
【专利摘要】本发明公开了一种刀具表面氮铝钛涂层制备方法，该方法包括如下步骤：a、刀具的清洁和干燥；b、刀具放入离子镀设备真空室的工件架上，将真空室抽到一定的真空度；c、通入氩气，氩离子轰击刀具；d、刀具接电源负极、蒸发源接电源正极，电压400-800伏，利用金属离子轰击刀具、在刀具表面制造微观凹陷；e、蒸发金属钛，制备氮化钛过渡层；f、蒸发金属铝和钛，制备氮铝钛涂层。本发明通过在刀具表面制造“坑”，并由氮化钛过渡层材料来填充，使刀具材料与氮化钛过渡层材料紧密的结合在一起，增大了刀具表面与氮铝钛涂层体系的结合了，有效地防止了氮铝钛涂层刀具使用过程中的脱落问题，延长了氮铝钛涂层刀具的使用寿命。
【IPC分类】C23C14/32, C23C14/06
【公开号】CN105385992
【申请号】CN201510896024
【发明人】霍红英, 邹敏
【申请人】攀枝花学院
【公开日】2016年3月9日
【申请日】2015年12月7日