專利名稱：一種刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬表面鍍膜領(lǐng)域，尤其涉及一種刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著先進(jìn)加工技術(shù)的發(fā)展，高速機(jī)床和加工中心的廣泛應(yīng)用，對(duì)刀具的性能提出了更高的要求。在刀具涂層領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)廣泛采用多弧離子鍍?cè)O(shè)備與技術(shù)、空心陰極離子鍍鍍?cè)O(shè)備與技術(shù)等，制備TiN、A1N、CrN, TiC、TiCN等涂層，因?yàn)槠淇寡趸瘻囟鹊?，只能在低速、中速下使用，在高速機(jī)床和加工中心上應(yīng)用受到限制。國(guó)外主要采用TiAlN涂層，涂層刀具在高速、重載、大進(jìn)給量條件下使用。如巴爾蔡斯公司使用Ti-Al合金靶，賽米康公司使用Ti-Al鑲嵌靶進(jìn)行TiAlN涂層，TiAlN涂層中Ti、Al比例與靶成分具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，在一個(gè)涂層周期內(nèi)成分無(wú)法改變，而TiAlN涂層刀具，不同的刀具在不同切削條件下，切削效果隨著Ti、Al比例的不同，效果差別很大。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述缺陷，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，多元多層TiN/AlN/CrN復(fù)合膜涂層可根據(jù)不同切削條件，隨時(shí)調(diào)整膜層的成分、厚度和膜層過(guò)渡層，涂層刀具的通用性更好，且多元多層復(fù)合膜涂層在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)廢水廢氣，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，環(huán)境效益高。為了解決以上的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，包括如下步驟(1)刀具的清洗，去除刀具表面的氧化皮、附著物等雜質(zhì)；(2)去除刀具表面的油脂；(3)漂洗掉刀具表面去油污物質(zhì)的殘留物；(4)刀具除水并干燥；(5)刀具放入非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的工件架上，使非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備達(dá)到一定的真空度；(6)利用Ar、Ti、AL、Cr的離子對(duì)刀具表面刻蝕，使其露出潔凈表面；(7)涂層材料為高純度的Ti、Cr、AL金屬和N2、Ar，在非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備內(nèi)，在電磁場(chǎng)和等離子場(chǎng)的作用下，Ti、Cr、AL、Ar和N2電離成離子，在電場(chǎng)作用下在刀具表面反應(yīng)生成TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜；(8)Ti, Cr、AL金屬在非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備內(nèi)按一定規(guī)律排列，刀具隨著非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的工件架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，制備出TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜。優(yōu)選地，步驟O)中，用超聲波及金屬清洗劑去除刀具表面的油脂。優(yōu)選地，步驟(3)中，用純凈水或去離子水漂洗掉刀具表面去油污物質(zhì)的殘留物。優(yōu)選地，步驟(5)中，非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的真空度達(dá)到6. 7E-3Pa以上。
優(yōu)選地，步驟(6)中，刻蝕溫度達(dá)到300°C 700°C，提高涂層與刀具表面的結(jié)合力。優(yōu)選地，步驟(8)中，調(diào)整非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的工件架的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和涂層時(shí)間，轉(zhuǎn)動(dòng)速度0 20轉(zhuǎn)/分鐘，涂層時(shí)間60 180分鐘，控制TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜的層數(shù)。優(yōu)選地，步驟(8)中，刀具TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜的層數(shù)一般為3 6000層。優(yōu)選地，步驟(8)中，調(diào)整Ti、Cr、AL金屬的濺射功率，濺射功率為0 30KW，控制超硬薄膜TiN、A1N、CrN單質(zhì)薄膜的厚度。優(yōu)選地，步驟(8)中，超硬薄膜TiN、A1N、CrN單質(zhì)薄膜的厚度為1 70納米。優(yōu)選地，步驟(8)中，TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜的的厚度一般為3 15微米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，多元多層TiN/AlN/CrN復(fù)合膜涂層可根據(jù)不同切削條件，隨時(shí)調(diào)整膜層的成分、厚度和膜層過(guò)渡層，涂層刀具的通用性更好，且多元多層復(fù)合膜涂層在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)廢水廢氣，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，環(huán)境效益高。
具體實(shí)施例方式為了本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更好地理解本發(fā)明所提供的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行闡述。本發(fā)明的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，包括如下步驟(1)刀具的清洗，去除刀具表面的氧化皮、附著物等雜質(zhì)；(2)用超聲波及金屬清洗劑去除刀具表面的油脂；(3)用純凈水或去離子水漂洗掉刀具表面去油污物質(zhì)的殘留物；(4)刀具用脫水劑除水并干燥；(5)刀具放入非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的工件架上，使非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備達(dá)到一定的真空度，非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的真空度達(dá)到6. 7E-3Pa以上；(6)利用Ar、Ti、AL、Cr的離子對(duì)刀具表面刻蝕，使其露出潔凈表面，刻蝕溫度達(dá)到 300°C 700°C，提高涂層與刀具表面的結(jié)合力；(7)涂層材料為高純度的Ti、Cr、AL金屬和N2、Ar，在非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備內(nèi)，在電磁場(chǎng)和等離子場(chǎng)的作用下，Ti、Cr、AL、Ar和N2電離成離子，在電場(chǎng)作用下在刀具表面反應(yīng)生成TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜；(8)Ti, Cr、AL金屬在非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備內(nèi)按一定規(guī)律排列，刀具隨著非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的工件架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，制備出TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜。步驟(8)中，調(diào)整非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的工件架的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和涂層時(shí)間， 轉(zhuǎn)動(dòng)速度0 20轉(zhuǎn)/分鐘，涂層時(shí)間60 180分鐘，控制TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜的層數(shù)；刀具TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜的層數(shù)一般為3 6000層。調(diào)整Ti、Cr、AL 金屬的濺射功率，濺射功率為0 30KW，控制超硬薄膜TiN、AlN、CrN單質(zhì)薄膜的厚度；步驟 (8)中，超硬薄膜TiN、A1N、CrN單質(zhì)薄膜的厚度為1 70納米；步驟(8)中，TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜的的厚度一般為3 15微米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，多元多層TiN/AlN/CrN復(fù)合膜涂層可根據(jù)不同切削條件，隨時(shí)調(diào)整膜層的成分、厚度和膜層過(guò)渡層，涂層刀具的通用性更好，且多元多層復(fù)合膜涂層在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)廢水廢氣，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，環(huán)境效益高。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟(1)刀具的清洗，去除刀具表面的氧化皮、附著物等雜質(zhì)；(2)去除刀具表面的油脂；(3)漂洗掉刀具表面去油污物質(zhì)的殘留物；(4)刀具除水并干燥；(5)刀具放入非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的工件架上，使非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備達(dá)到一定的真空度；(6)利用Ar、Ti、AL、Cr的離子對(duì)刀具表面刻蝕，使其露出潔凈表面；(7)涂層材料為高純度的Ti、Cr、AL金屬和N2、Ar，在非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備內(nèi)， 在電磁場(chǎng)和等離子場(chǎng)的作用下，Ti、Cr、AL、Ar和N2電離成離子，在電場(chǎng)作用下在刀具表面反應(yīng)生成TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜；(8)Ti,Cr、AL金屬在非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備內(nèi)按一定規(guī)律排列，刀具隨著非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的工件架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，制備出TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，用超聲波及金屬清洗劑去除刀具表面的油脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(3)中，用純凈水或去離子水漂洗掉刀具表面去油污物質(zhì)的殘留物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(5)中，非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的真空度達(dá)到6.7E-3Pa以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，步驟(6)中，刻蝕溫度達(dá)到300°C 700°C，提高涂層與刀具表面的結(jié)合力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，步驟 (8)中，調(diào)整非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的工件架的轉(zhuǎn)動(dòng)速度和涂層時(shí)間，轉(zhuǎn)動(dòng)速度0 20 轉(zhuǎn)/分鐘，涂層時(shí)間60 180分鐘，控制TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜的層數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，步驟 (8)中，刀具TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜的層數(shù)一般為3 6000層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，步驟 ⑶中，調(diào)整Ti、Cr、AL金屬的濺射功率，濺射功率為0 30KW，控制超硬薄膜TiN、AlN、CrN 單質(zhì)薄膜的厚度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，步驟 ⑶中，超硬薄膜TiN、Al N、CrN單質(zhì)薄膜的厚度為1 70納米。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，其特征在于，步驟 (8)中，TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜的的厚度一般為3 15微米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，涂層材料為高純度的Ti、Cr、AL金屬和N2、Ar，在非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備內(nèi)，在電磁場(chǎng)和等離子場(chǎng)的作用下，Ti、Cr、AL、Ar和N2電離成離子，在電場(chǎng)作用下在刀具表面反應(yīng)生成TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜；Ti、Cr、AL金屬在非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備內(nèi)按一定規(guī)律排列，刀具隨著非平衡磁控濺射離子鍍?cè)O(shè)備的工件架一起轉(zhuǎn)動(dòng)，制備出TiN/AlN/CrN的多元多層復(fù)合膜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的刀具表面多元復(fù)合硬質(zhì)薄膜的制備方法，多元多層TiN/AlN/CrN復(fù)合膜涂層可根據(jù)不同切削條件，隨時(shí)調(diào)整膜層的成分、厚度和膜層過(guò)渡層，涂層刀具的通用性更好，且多元多層復(fù)合膜涂層在生產(chǎn)過(guò)程中無(wú)廢水廢氣，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，環(huán)境效益高。
文檔編號(hào)C23C14/06GK102337500SQ20111034851
公開(kāi)日2012年2月1日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者孫愛(ài)祥, 楊鴻 , 葛高峰, 趙廣彬 申請(qǐng)人:西華大學(xué)