一种灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法与流程

本发明属于涂层切削刀具领域，具体涉及一种灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法。

背景技术：

1、随着汽车行业的迅速发展，对汽车零部件的要求日趋严格。由于灰铸铁具有强度优异、减震减磨性能良好、成本低廉等优点，常作为汽车零部件的主要材料使用。随着数控车床的普及，特别是高速切削技术的应用和推广，聚晶立方氮化硼(pcbn)刀具由于其硬度高、耐磨性好、对线速度不敏感等特性，已逐渐替代硬质合金刀具来实现灰铸铁的高速切削，其不仅加工效率高，同时还可降低刀具的使用成本。

2、部分灰铸铁在浇铸时，为了提高灰铸铁间的机械性能，往往在配料时有意地降低碳、硅含量或稍稍增大铸件的冷却速度，这使得在铸件表面或边缘部位，尤其是在薄壁部位往往会出现白口、灰口或麻口组织等硬质点，造成切削困难。pcbn刀具高速切削灰铸铁时，特别是在切削灰铸铁中的硬质点时，在高强度的切削冲击下，非常容易发生崩刃，造成刀具的耐磨损性能大大下降，降低加工效率，增加了刀具的使用成本。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，以解决现有pcbn刀具在高速切削灰铸铁时存在的使用寿命短、容易崩刃的问题。

2、为了实现以上目的，本发明所采用的技术方案是：

3、一种灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，包括在pcbn基体上由内向外依次沉积过渡层、第一多周期性涂层、第二多周期性涂层的步骤；所述第一多周期性涂层、第二多周期性涂层各自由一个周期涂层多次重复组成；所述第一多周期性涂层所含周期涂层为由内向外依次沉积的纳米altin层和纳米alticrn层；所述第二多周期性涂层所含周期涂层为由内向外依次沉积的纳米alticrn层和纳米alticrnbn层。

4、本发明的灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，具有超晶格纳米多层结构，保证了涂层的高硬度和高韧性，同时可阻止裂纹扩展，提高切削刀具的抗崩刃性；涂层中添加nb元素可进一步细化晶粒，提高涂层的抗剥落性，增加刀具的耐磨性。与常规涂层pcbn切削刀具相比，本发明所制备的pcbn切削刀具的使用寿命长，而且抗崩刃性显著改善。

5、优选地，所述第一多周期性涂层中，所述周期涂层的厚度为20～60nm，altin层和alticrn层的厚度比为1.0～1.5：1；所述第一多周期性涂层的总厚度为1～3μm。第一周期性涂层按上述方式设计，有利于提高涂层的致密性、结合力，从而更好地体现涂层的强韧性特征。

6、从原料成本以及涂层的综合性能方面考虑，进一步优选地，所述第一多周期性涂层中，所述周期涂层的厚度为40～50nm，altin层和alticrn层的厚度比为1.0～1.5：1；所述第一多周期性涂层的总厚度为1.2～2.0μm。

7、为高效获得第一周期性涂层，提高制品稳定性，优选地，采用磁控溅射法制备所述第一多周期性涂层，其中沉积altin层时，使用alti靶，n2压力控制为0.3～0.5pa，靶材功率为6500～9500w，基体偏压为90～120v，温度控制在500～550℃；沉积alticrn层时，使用alti靶和cral靶，n2压力控制为0.5～0.8pa，alti靶材功率为6500～9500w，cral靶材功率为2500～3000w，基体偏压为90～120v，温度控制在500～550℃。

8、为进一步提高涂层的致密性，保证涂层的高硬度、高韧性，优选地，所述第二多周期性涂层中，所述周期涂层的厚度为20～60nm，alticrn层和alticrnbn层的厚度比为1.0～1.5：1.0～1.5；所述第二多周期性涂层的总厚度为1～3μm。

9、从原料成本以及涂层的综合性能方面考虑，进一步优选地，所述第二多周期性涂层中，所述周期涂层的厚度为50～60nm，alticrn层和alticrnbn层的厚度比为1.0～1.5：1.0～1.5；所述第二多周期性涂层的总厚度为2～3μm。

10、为高效获得第二周期性涂层，提高制品稳定性，优选地，采用磁控溅射法制备所述第二多周期性涂层，沉积alticrn层时，使用alti靶和cral靶，n2压力控制为0.5～0.8pa，alti靶材功率为6500～9500w，cral靶材功率为2500～3000w，基体偏压为90～120v，温度控制在500～550℃；沉积alticrnbn层时，使用alti靶、cral靶和tinb靶，n2压力控制为0.8～1.0pa，alti靶材功率为6500～9500w，cral靶材功率为2500～3000w，tinb靶功率为2000～4000w，基体偏压为100～150v，温度控制在500～550℃。

11、为进一步提高涂层的结合强度，提高在高强度的切削冲击下涂层切削刀具的稳定性，优选地，沉积所述第二多周期性涂层后冷却，然后于-130～-150℃进行深冷处理。冷却时自然冷却至150℃以下即可。

12、为进一步改善深冷处理效果，提高处理效率，优选地，所述深冷处理的时间为12～24h。

13、优选地，所述过渡层为craln过渡层，所述过渡层的厚度为30～60nm。采用以上过渡层结构，有利于提高涂层致密性，并改善后续周期性涂层与基体的结合。

技术特征：

1.一种灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，包括在pcbn基体上由内向外依次沉积过渡层、第一多周期性涂层、第二多周期性涂层的步骤；所述第一多周期性涂层、第二多周期性涂层各自由一个周期涂层多次重复组成；所述第一多周期性涂层所含周期涂层为由内向外依次沉积的纳米altin层和纳米alticrn层；所述第二多周期性涂层所含周期涂层为由内向外依次沉积的纳米alticrn层和纳米alticrnbn层。

2.如权利要求1所述的灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，所述第一多周期性涂层中，所述周期涂层的厚度为20～60nm，altin层和alticrn层的厚度比为1.0～1.5：1；所述第一多周期性涂层的总厚度为1～3μm。

3.如权利要求2所述的灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，所述第一多周期性涂层中，所述周期涂层的厚度为40～50nm，altin层和alticrn层的厚度比为1.0～1.5：1；所述第一多周期性涂层的总厚度为1.2～2.0μm。

4.如权利要求1或2或3所述的灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射法制备所述第一多周期性涂层，其中沉积altin层时，使用alti靶，n2压力控制为0.3～0.5pa，靶材功率为6500～9500w，基体偏压为90～120v，温度控制在500～550℃；沉积alticrn层时，使用alti靶和cral靶，n2压力控制为0.5～0.8pa，alti靶材功率为6500～9500w，cral靶材功率为2500～3000w，基体偏压为90～120v，温度控制在500～550℃。

5.如权利要求1所述的灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，所述第二多周期性涂层中，所述周期涂层的厚度为20～60nm，alticrn层和alticrnbn层的厚度比为1.0～1.5：1.0～1.5；所述第二多周期性涂层的总厚度为1～3μm。

6.如权利要求5所述的灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，所述第二多周期性涂层中，所述周期涂层的厚度为50～60nm，alticrn层和alticrnbn层的厚度比为1.0～1.5：1.0～1.5；所述第二多周期性涂层的总厚度为2～3μm。

7.如权利要求1或5或6所述的灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，采用磁控溅射法制备所述第二多周期性涂层，沉积alticrn层时，使用alti靶和cral靶，n2压力控制为0.5～0.8pa，alti靶材功率为6500～9500w，cral靶材功率为2500～3000w，基体偏压为90～120v，温度控制在500～550℃；沉积alticrnbn层时，使用alti靶、cral靶和tinb靶，n2压力控制为0.8～1.0pa，alti靶材功率为6500～9500w，cral靶材功率为2500～3000w，tinb靶功率为2000～4000w，基体偏压为100～150v，温度控制在500～550℃。

8.如权利要求1或2或5所述的灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，沉积所述第二多周期性涂层后冷却，然后于-130～-150℃进行深冷处理。

9.如权利要求8所述的灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，所述深冷处理的时间为12～24h。

10.如权利要求1或2或5所述的灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，其特征在于，所述过渡层为craln过渡层，所述过渡层的厚度为30～60nm。

技术总结本发明属于涂层切削刀具领域，具体涉及一种灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法。该方法包括在PcBN基体上由内向外依次沉积过渡层、第一多周期性涂层、第二多周期性涂层的步骤；所述第一多周期性涂层所含周期涂层为由内向外依次沉积的纳米AlTiN层和纳米AlTiCrN层；所述第二多周期性涂层所含周期涂层为由内向外依次沉积的纳米AlTiCrN层和纳米AlTiCrNbN层。本发明的灰铸铁切削用涂层切削刀具的制备方法，具有超晶格纳米多层结构，保证了涂层的高硬度和高韧性，同时可阻止裂纹扩展，提高切削刀具的抗崩刃性；涂层中添加Nb元素可进一步细化晶粒，提高涂层的抗剥落性，增加刀具的耐磨性。技术研发人员：张敏捷,邢建军,董永芬受保护的技术使用者：富耐克超硬材料股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/17