一种CVD涂层刀具及其制备方法与流程

    专利2025-05-17  10


    本发明属于机械加工刀具,具体为一种cvd涂层刀具及其制备方法。


    背景技术:

    1、表面涂层可显著提高刀具材料的耐磨性和切削寿命。tib2涂层因其具有较高的硬度、优异的耐磨性和低摩擦系数,常用于增强刀具的耐用性和使用寿命。制备这种涂层的常用技术包含物理气相沉积(pvd)和化学气相沉积(cvd)方法。pvd方法制备的tib2涂层存在涂层残余压应力高和涂层结合力差的缺点。相比之下,cvd方法制备的tib2涂层具有相对较高的涂层结合力和较低的涂层压应力。因此,cvd方法制备的tib2涂层是提高刀具材料耐磨性能和切削寿命的理想选择。但现有的tib2涂层刀具还不能满足高温合金高效切削的要求,此外,在cvd涂层制备过程中,b元素容易扩散至基体,并在膜基界面形成脆性的有害相。因此,不仅需要对现有cvd tib2涂层进行结构优化,而且在制备过程中需要控制bcl3的使用量,以最大程度抑制脆性有害相的形成。


    技术实现思路

    1、为解决现有cvd tib2涂层技术存在的涂层不耐磨和膜基界面易产生脆性有害相的缺点,本发明的主要目的是提出一种cvd涂层刀具及其制备方法。

    2、为解决上述技术问题,根据本发明的一个方面,本发明提供了如下技术方案:

    3、一种cvd涂层刀具,包括刀具基体和涂覆于基体上的涂层,所述涂层至少包含一层通过cvd方法沉积的tixby涂层,其中1.7≤y/x≤2.0;所述tixby涂层晶体具有优先在(101)方向生长的组织结构,且织构系数大于2。

    4、作为本发明所述的一种cvd涂层刀具的优选方案,其中:tixby涂层的厚度大于0.5μm。

    5、作为本发明所述的一种cvd涂层刀具的优选方案,其中:tixby涂层的平均晶粒度小于2μm。

    6、作为本发明所述的一种cvd涂层刀具的优选方案,其中:tixby涂层的显微硬度大于40gpa。

    7、作为本发明所述的一种cvd涂层刀具的优选方案,其中:tixby涂层包含纳米片层结构,其中每层纳米片层的厚度小于10 nm。

    8、作为本发明所述的一种cvd涂层刀具的优选方案,其中:所述涂层自刀具基体表面由内至外依次包括tin涂层、过渡层和tixby涂层。

    9、作为本发明所述的一种cvd涂层刀具的优选方案,其中:所述tin涂层厚度为0.1~1μm;所述过渡层厚度为0.1~0.5μm。

    10、作为本发明所述的一种cvd涂层刀具的优选方案,其中:所述过渡层从内至外,硼含量从0到63%逐渐递增。

    11、为解决上述技术问题,根据本发明的另一个方面,本发明提供了如下技术方案:

    12、一种上述的cvd涂层刀具的制备方法,包括:在刀具基体上通过cvd方法沉积tixby涂层;

    13、tixby涂层的制备温度为800~900℃,制备压力为60~200mbar,采用bcl3作为涂层的硼源、ticl4作为涂层的钛源、h2作为载气形成气体混合物,所述气体混合物中,ticl4含量为0.22~0.66vol%,bcl3含量为0.65~0.95vol%,bcl3含量优选为0.75~0.85vol%。

    14、作为本发明所述的一种cvd涂层刀具的制备方法的优选方案,其中:在刀具基体上通过cvd方法依次沉积tin涂层、过渡层、tixby涂层;

    15、tin涂层的制备温度为800~1000℃,制备压力为80~500mbar,采用n2作为涂层的氮源、ticl4作为涂层的钛源、h2作为载气形成气体混合物,所述气体混合物中,ticl4含量为1.0~3.0vol%,n2含量为30~50vol%;

    16、过渡层的制备温度为800~900℃,制备压力为60~200mbar,采用n2作为涂层的氮源、bcl3作为涂层的硼源、ticl4作为涂层的钛源、h2作为载气形成气体混合物,所述气体混合物中,n2含量从40vol%逐渐递减至0,ticl4含量为1.0~3.0vol%,bcl3含量从0.1vol%逐渐递增至0.71vol%。

    17、本发明的有益效果如下:

    18、本发明提供一种cvd涂层刀具及其制备方法,包括刀具基体和涂覆于基体上的涂层,所述涂层至少包含一层通过cvd方法沉积的tixby涂层,其中1.7≤y/x≤2.0;所述tixby涂层晶体具有优先在(101)方向生长的组织结构,且织构系数大于2,该涂层具有高强度、高硬度和优异的耐磨性能,涂覆该涂层的刀具在高温合金的铣削中具有优异的切削性能。



    技术特征:

    1.一种cvd涂层刀具,其特征在于,包括刀具基体和涂覆于基体上的涂层,所述涂层至少包含一层通过cvd方法沉积的tixby涂层,其中1.7≤y/x≤2.0;所述tixby涂层晶体具有优先在(101)方向生长的组织结构,且织构系数大于2。

    2.根据权利要求1所述的cvd涂层刀具,其特征在于,tixby涂层的厚度大于0.5μm。

    3.根据权利要求1所述的cvd涂层刀具,其特征在于,tixby涂层的平均晶粒度小于2μm。

    4.根据权利要求1所述的cvd涂层刀具,其特征在于,tixby涂层的显微硬度大于40gpa。

    5.根据权利要求1所述的cvd涂层刀具,其特征在于,tixby涂层包含纳米片层结构,其中每层纳米片层的厚度小于10 nm。

    6.根据权利要求1所述的cvd涂层刀具,其特征在于,所述涂层自刀具基体表面由内至外依次包括tin涂层、过渡层和tixby涂层。

    7.根据权利要求6所述的cvd涂层刀具,其特征在于,所述tin涂层厚度为0.1~1 μm;所述过渡层厚度为0.1~0.5μm。

    8.根据权利要求6所述的cvd涂层刀具,其特征在于,所述过渡层从内至外,硼含量从0到63%逐渐递增。

    9.一种权利要求1-8任一项所述的cvd涂层刀具的制备方法,其特征在于,包括:在刀具基体上通过cvd方法沉积tixby涂层;

    10.根据权利要求9所述的cvd涂层刀具的制备方法,其特征在于,在刀具基体上通过cvd方法依次沉积tin涂层、过渡层、tixby涂层;


    技术总结
    本发明涉及一种CVD涂层刀具及其制备方法,尤其涉及一种用于机械加工领域的刀具,其至少包含一层通过CVD方法沉积的,厚度为至少0.5μm的Ti<subgt;x</subgt;B<subgt;y</subgt;涂层,其中1.7≤y/x≤2.0;所述Ti<subgt;x</subgt;B<subgt;y</subgt;涂层具有(101)织构,且织构系数大于2。该涂层具有良好的高温合金切削加工性能。

    技术研发人员:朱骥飞,廖星文,钟志强,殷磊,谭卓鹏,成伟,高阳
    受保护的技术使用者:赣州澳克泰工具技术有限公司
    技术研发日:
    技术公布日:2024/4/29
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