室约为0.4 Pa，基体加负偏电压1100 V，进行辉光溅射清洗28 min ;然后降低基体负偏电压至200 V，开启纯Cr W1,调节靶材电流为70 A，以Cr离子高能轰击基体10分钟以活化基体表面并形成Cr金属结合层；关闭Ar气流量阀，打开队气流量阀，调节气压至1.5 Pa，温度调节至400°C条件下，沉积CrN过渡层13 min ;通入O2气，并控制气压在1.3 Pa，02tt例在25%，打开CrAlSi靶，调节弧源电流120A沉积AlCrS1N纳米复合层，沉积时间保持在120 min ;完成镀膜后，刀具及涂层随炉降温至90°C后取出常温冷却。
[0019]在硬质合金立铣刀表面，制备出AlCrS1N涂层立铣刀，刀具表面涂层厚度为1_4微米，与在相同硬质合金立铣刀表面沉积的铝钛氮涂层立铣刀和无涂层的硬质合金立铣刀在高速切削淬硬钢的寿命对比实验，平均寿命分别为:无涂层刀具切削9.8 m，铝钛氮涂层刀具切削43.2，多层纳米复合结构涂层刀具切削86.5 m，其切削条件为工件材料=SKDll(HRC 55)，切削速度:200 m/min，进给率:0.02 mm/tooth，切深:0.1 mm,切宽:2 mm。
[0020]实施例3
一种AlCrS1N纳米复合刀具涂层，由如下重量百分含量的成分组成:
Al 1at.%，Cr 20at.%，Si 4at.%，O 19at.%，N 47at.% ；
一种AlCrS1N纳米复合刀具涂层的制备方法，包括如下步骤:
将清洗干净的高速钢刀具均匀固定于镀膜机内的转架上，调节工件支架转速为2 rpm,同时打开加热器，升温至300°C，抽至本底真空1.0X10 3 Pa ;打开Ar气流量阀，调节真空室为0.2 Pa，基体加负偏电压400V，进行辉光溅射清洗15 min ;然后降低基体负偏电压至100V，开启纯Cr靶，调节靶材电流为40A，以Cr离子高能轰击基体5分钟以活化基体表面并形成Cr金属结合层；关闭Ar气流量阀，打开队气流量阀，调节气压至0.5Pa，温度调节至300°C条件下，沉积CrN过渡层5 min ;通入02气，并控制气压在0.4Pa，O 2比例在3%，打开AlCrSi靶，调节弧源电流50A沉积AlCrS1N纳米复合层，沉积时间为60 min ;完成镀膜后，刀具及涂层随炉降温至80°C后取出常温冷却。
[0021]实施例4 一种AlCrS1N纳米复合刀具涂层，由如下重量百分含量的成分组成:
Al 15at.%，Cr 20at.%，Si 15at.%，O 3at.%，N 47at.% ；
一种AlCrS1N纳米复合刀具涂层的制备方法，包括如下步骤:
将清洗干净的高速钢刀具均匀固定于镀膜机内的转架上，调节工件支架转速为12rpm,同时打开加热器，升温至500°C，抽至本底真空1.0X 10 2 Pa ;打开Ar气流量阀，调节真空室为0.9 Pa，基体加负偏电压1300 V，进行辉光溅射清洗35 min ;然后降低基体负偏电压至300 V，开启纯Cr靶，调节靶材电流为150 A，以Cr离子高能轰击基体20分钟以活化基体表面并形成Cr金属结合层；关闭Ar气流量阀，打开队气流量阀，调节气压至2.5 Pa，温度调节至500°C条件下，沉积CrN过渡层20 min ;通入02气，并控制气压在3.0 Pa，O 2比例在30%，打开AlCrSi靶，调节弧源电流180A沉积AlCrS1N纳米复合层，沉积时间保持在150 min ;完成镀膜后，刀具及涂层随炉降温至100°C后取出常温冷却。
[0022]实施例5
一种AlCrS1N纳米复合刀具涂层，由如下重量百分含量的成分组成:
Al 15at.%，Cr 40at.%，Si 15at.%，O 5at.%，N 25at.% ；
一种AlCrS1N纳米复合刀具涂层的制备方法，包括如下步骤:
将清洗干净的硬质合金刀具均匀固定于镀膜机内的转架上，调节工件支架转速为10rpm,同时打开加热器，升温至350°C，抽至本底真空7.0X 10 3 Pa ;打开Ar气流量阀，调节真空室约为0.8 Pa，基体加负偏电压800 V，进行辉光溅射清洗20 min ;然后降低基体负偏电压至150 V，开启纯Cr靶，调节靶材电流为120 A，以Cr离子高能轰击基体15分钟以活化基体表面并形成Cr金属结合层；关闭Ar气流量阀，打开队气流量阀，调节气压至2 Pa，温度调节至350°C条件下，沉积CrN过渡层15 min ;通入02气，并控制气压在2.0 Pa，O 2比例在20%，打开AlCrSi靶，调节弧源电流150A沉积AlCrS1N纳米复合层，沉积时间保持在100 min ;完成镀膜后，刀具及涂层随炉降温至85°C后取出常温冷却。
【主权项】
1.一种AlCrS1N纳米复合刀具涂层，其特征在于:由如下重量百分含量的成分组成:Al 10-31 at.%, Cr 20-40 at.%, Si 4-15 at.%, O 3-25 at.%, N 25-47 at.%02.—种AlCrS1N纳米复合刀具涂层的制备方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)将清洗干净的硬质合金和高速钢刀具均匀固定于镀膜机内的转架上，调节工件支架转速为2~12 rpm，打开加热器，升温至300~500°C，抽至本底真空1.0-4.0X10 3 Pa ； (2)打开Ar气流量阀，调节真空室压力为0.2~0.9 Pa，基体加负偏电压400~1300 V，进行辉光派射清洗15~35 min ； (3)然后降低基体负偏电压至100~300V，开启纯Cr靶，调节靶材电流为40~150 A，以Cr离子高能轰击基体5~20分钟以活化基体表面并形成Cr金属结合层； (4)关闭Ar气流量阀，打开队气流量阀，调节气压至0.5-2.5 Pa，温度调节至300~500°C条件下，沉积CrN过渡层5~20 min ； (5)通入02气，并控制气压在0.4-3.0 Pa，打开AlCrSi靶，调节弧源电流50~180A沉积AlCrS1N纳米复合层，沉积时间保持在60~150 min ； (6)完成镀膜后，刀具及涂层随炉降温至80~100°C后取出常温冷却。3.根据权利要求2所述一种AlCrS1N纳米复合刀具涂层的制备方法，其特征在于:所述纳米复合刀具涂层的制备采用阴极电弧离子镀技术。4.根据权利要求2所述一种AlCrS1N纳米复合刀具涂层的制备方法，其特征在于:步骤(5)所述的O2的体积比为3~30%。5.根据权利要求2所述一种AlCrS1N纳米复合刀具涂层的制备方法，其特征在于:步骤(5)所述的AlCrSi靶中Al、Cr、Si的比例为60:30:10。
【专利摘要】本发明涉及一种AlCrSiON纳米复合刀具涂层及其制备方法，属于薄膜材料技术领域；本发明的AlCrSiON纳米复合刀具涂层成分如下：Al：10~31？at.%，Cr：20~40？at.%，Si：4~15？at.%，O：？3~25？at.%，N：25~47？at.%；其制备方法是采用阴极电弧离子镀技术，在高速钢或者硬质合金刀具表面镀覆AlCrSiON纳米复合刀具涂层制备而成，该AlCrSiON刀具纳米复合涂层通过有意识的引入氧元素来做涂层，实现性能提升的目的，具有高硬度，低摩擦系数，优越的抗高温氧化及刀具切削性能，在高速切削及表面防护领域具有重大的应用前景。
【IPC分类】B82Y30/00, C23C14/06, C23C14/32, B82Y40/00
【公开号】CN105177498
【申请号】
【发明人】王启民, 王成勇, 邹长伟, 冯思成
【申请人】广东工业大学
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年5月21日