專利名稱：真空等離子氣相沉積多元多層離散結(jié)構(gòu)涂層方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷制金屬切削工具上獲得耐磨涂層的工藝方法，是一種在真空狀態(tài)下，采用等離子離散結(jié)構(gòu)的涂層方法。
采用真空等離子氣相沉積方法在切削工具上涂覆涂層可顯著提高切削工具的壽命。但在使用條件下常會出現(xiàn)涂層的開裂和剝落，深層殘余應(yīng)力高也限制了涂層厚度，切削邊局部崩刃會導(dǎo)致被加工面粗糙度增加。另外，與通常的單組元涂層相比，兩組元以上涂層具有更高的耐磨性。特別是對于高速鋼切削工具，在此基礎(chǔ)上再采用多層涂層可進(jìn)一步提高耐磨性。但欲實(shí)現(xiàn)涂覆多元多層涂層則需要采用有多個(gè)陰極按一定規(guī)律產(chǎn)生濺射的復(fù)雜設(shè)備，或是被強(qiáng)化零件圍繞多個(gè)軸進(jìn)行復(fù)雜旋轉(zhuǎn)。再有，為了得到碳化物涂物，需要用到往真空室內(nèi)供碳?xì)浠衔餁怏w的供氣系統(tǒng)。而反應(yīng)空間中存在的氫可導(dǎo)致被強(qiáng)化零件氫脆，使零件的強(qiáng)度和塑性減小。
為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用比較簡單的工藝和設(shè)備，在減少功能元件數(shù)的條件下得到多元多功能離散結(jié)構(gòu)涂層的方法。其本質(zhì)是將涂層組元材料制成網(wǎng)狀遮屏，在離子刻蝕零件表面時(shí)，遮屏材料產(chǎn)生濺射并進(jìn)入室內(nèi)反應(yīng)區(qū)。
本發(fā)明技術(shù)思想的特征在于被強(qiáng)化零件的表面涂層采用一種厚薄不均勻的離散涂層結(jié)構(gòu)。這種離散涂層結(jié)構(gòu)可顯著減小涂層內(nèi)和涂層與基體結(jié)合面的殘余應(yīng)力，因此就可大大增加涂層厚度，并可避免剝落和崩刃發(fā)生。同時(shí)由于離散涂層磨損中僅發(fā)生均勻的磨料磨損，形成細(xì)小彌散的磨損質(zhì)點(diǎn)，從而可成多倍的提高切削刀具壽命。
得到離散涂層結(jié)構(gòu)的方法可以用網(wǎng)狀遮屏安裝在被強(qiáng)化零件表面和蒸發(fā)材料之間，其作用是局部遮蔽零件表面以形成離散結(jié)構(gòu)。
網(wǎng)狀遮屏可以由需向涂層添加的某種或某幾種組元的材料制成，它同時(shí)起著遮屏和陰極的作用。當(dāng)其在真空等離子狀態(tài)置于被涂覆零件表面時(shí)被濺射并直接參與反應(yīng)，被涂覆在零件表面。當(dāng)采用CB、AI纖維或其它多種復(fù)合多種活性材料時(shí)，也可以是幾種纖維復(fù)合在一起。網(wǎng)狀遮屏材料還可以是被添加元素的箔膜多孔材料。為了增加網(wǎng)狀遮屏中材料的種類，各種組元可以以涂層方式涂覆在網(wǎng)狀遮屏上，用以上方式可以實(shí)現(xiàn)多元涂層。
可采用周期性的離子刻蝕實(shí)現(xiàn)多層涂層。在涂覆開始時(shí)，先用離子刻蝕零件表面，不僅能清洗和激活表面，而且能將零件加熱到一定溫度。與此同時(shí)，網(wǎng)狀遮屏材料被濺射并進(jìn)入反應(yīng)區(qū)。根據(jù)它在反應(yīng)區(qū)消耗量重復(fù)進(jìn)行離子清洗。循環(huán)離子清洗也可獲得多層結(jié)構(gòu)的涂層。
本發(fā)明將結(jié)合實(shí)施例(附圖
)作進(jìn)一步描述本實(shí)施例是一種以涂覆Ti(C、N)為例，與常用的切削工具單組元耐磨涂層TiN相比，Ti(C、N)具有更高的耐磨性。
在利用真空等離子氣相沉積方法涂覆Ti(C、N)涂層時(shí)，以Ti作為蒸發(fā)材料，以碳纖維束制作成網(wǎng)狀遮屏，安裝在工件表面和蒸發(fā)材料之間。在涂覆過程中向反應(yīng)區(qū)內(nèi)引進(jìn)少量氮?dú)庾鰹榉磻?yīng)氣體，由于碳纖維網(wǎng)狀遮屏的作用，在工件表面形成具有離散結(jié)構(gòu)的涂層。同時(shí)網(wǎng)狀遮屏的碳纖維也同時(shí)被濺射進(jìn)入反應(yīng)區(qū)，致使最后在工件表面沉積形成具有離散結(jié)構(gòu)的Ti(C、N)涂層。由于在沉積過程不用采用碳?xì)浠衔餁怏w，避免了可能發(fā)生的氫脆。
本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于由于采用了涂層某些或某種組元制成的網(wǎng)狀遮屏，從而可應(yīng)用比較簡單的設(shè)備和工藝，制備多元多層離散涂層。同時(shí)還增加了工藝的可控制性，加寬工藝可調(diào)范圍。本專利方法適用于高速鋼，硬質(zhì)合金和陶瓷制金屬切削工具的表面強(qiáng)化。
權(quán)利要求
1.一種真空等離子氣相沉積多元多層離散結(jié)構(gòu)涂層方法，其特征在于被強(qiáng)化零件的表面涂層采用一種厚薄不均勻的離散涂層結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的真空等離子氣相沉積多元多層離散結(jié)構(gòu)涂層方法，其特征在于得到離散涂層結(jié)構(gòu)的方法可以用網(wǎng)狀遮屏安裝在被強(qiáng)化零件表面和蒸發(fā)材料之間。
3.如權(quán)利要求1或2所述的真空等離子氣相沉積多元多層離散結(jié)構(gòu)涂層方法，其特征在于網(wǎng)狀遮屏可以由需向涂層添加的某種或某幾種組元的材料制成；各種組元可以以涂層方式涂覆在網(wǎng)狀遮屏上。
4.如權(quán)利要求1或2所述的真空等離子氣相沉積多元多層離散結(jié)構(gòu)涂層方法，其特征在于可采用周期性的離子刻蝕實(shí)現(xiàn)多層涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷制金屬切削工具上獲得耐磨涂層的工藝方法,其特征在于:被強(qiáng)化零件的表面涂層采用一種厚薄不均勻的離散涂層結(jié)構(gòu),得到離散涂層結(jié)構(gòu)的方法可以用網(wǎng)狀遮屏安裝在被強(qiáng)化零件表面和蒸發(fā)材料之間,網(wǎng)狀遮屏可以由需向涂層添加的某種或某幾種組元的材料制成,它同時(shí)起著遮屏和陰極的作用。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于:由于采用了涂層某些或某種組元制成的網(wǎng)狀遮屏,從而可應(yīng)用比較簡單的設(shè)備和工藝,制備多元多層離散涂層。同時(shí)還增加了工藝的可控制性,加寬工藝可調(diào)范圍。本發(fā)明方法適用于高速鋼,硬質(zhì)合金和陶瓷制金屬切削工具的表面強(qiáng)化。
文檔編號C23C4/10GK1256324SQ9811303
公開日2000年6月14日 申請日期1998年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月8日
發(fā)明者連申科, 喬生儒, 呂寶桐, 白世鴻 申請人:西北工業(yè)大學(xué), 連申科