CN85102056A

CN85102056A - 复合硬质涂层材料

Info

Publication number: CN85102056A
Application number: CN 85102056
Authority: CN
Inventors: 马文存; 蔡玉兰
Original assignee: CHENGDU TOOL INSTITUTE MINISTRY OF MACHINE BUILDING
Current assignee: CHENGDU TOOL INSTITUTE MINISTRY OF MACHINE BUILDING
Priority date: 1985-04-01
Filing date: 1985-04-01
Publication date: 1986-09-17

Abstract

本发明的TiC+Ti(BN)+TiN复合硬质涂层材料，是一种用于切削刀具、模具等工具和耐磨损零件等制品的表面涂层材料。它具有抗磨损性能和抗冲击韧性兼优且不易粘附金属的优点，其涂层硬质合金刀具的切削寿命，比现在公用的TiC+TiN，TiC+Ti(CN)+TiN等涂层硬质合金刀具提高一倍以上，比TiC+Al₂O₃涂层高一倍左右。具有这种复合硬质涂层的高速钢刀具和模具与未涂层的基体相比，使用寿命提高的幅度更加显著，达六倍以上。

Description

本发明涉及一种改善工具和另件性能，特别适用于改善金属切削刀具切削性能和提高切削刀具寿命的复合硬质涂层材料。

现在公用的TiC+Al₂O₃、TiC+TiN、TiC+Ti（C.N）+TiN等涂层切削刀具、模具等工具和耐磨另件，较原来的TiC、TiN单涂层工具和耐磨损另件的抗磨损性能、抗冲击韧性好，提高了制品的使用寿命和生产效率。但是，TiC+Al₂O₃涂层材料的抗冲击韧性仍欠佳，並且TiC和Al₂O₃之间的结合力较小，容易发生涂层剥落现象。另外，随着TiC层的增厚，涂层制品的强度也明显下降，抗冲击韧性变差。TiC+TiN涂层材料，虽然抗冲击韧性得到了改善，但其抗磨损性能欠佳。而TiC+Ti（C.N）+TiN复合涂层材料与前两种比较，其抗磨损性能和抗冲击韧性均得到了改善，但使用寿命提高的幅度不大。针对上述缺点，发展了一种抗磨损性能和抗冲击韧性兼优且不易产生粘附金属的TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层材料。

本发展所说的TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层材料，是用公知的化学气相沉积法（CVD法），在一台沉积炉内，于工具和耐磨损另件等制品的基体表面上，按照TiC+Ti（BN）+TiN层次，连续地沉积而成。做为切削刀具、模具等工具和耐磨损另件等制品的基体材料，可以用硬质合金，也可以用钢。

本发明的技术要点是：

1.TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层材料的设计：

因为TiC涂层材料与被涂层的基体之间呈冶金结合，故结合力强，能保证表面涂层和基体结合牢固。另外，其显微硬度高达HV3200以上，具有尤良的抗磨损性能。但其抗冲击韧性较差，並且随着TiC层的增厚，涂层与基体之间的脱碳层加大，涂层制品的强度随着会显著下降，当TiC层与基体之间的脱碳层大于1微米时，涂层制品的整体强度将急剧恶化，所以必须严格控制TiC层的厚度;Ti（BN）涂层材料，是一种B元素固溶于TiN的固溶体，B原子固溶于TiN晶格中，它不仅增加了TiN的合金度，使TiN晶格产生位错，而且有细化晶粒的作用。Ti（BN）涂层材料的显微硬度为Hv2500～2700。因此，它是一种抗磨损性能和抗冲击韧性兼优的硬质涂层材料;TiN涂层材料虽然抗磨损性能稍差，但其抗冲击韧性尤优，且与被加工材料的亲合力小，不易产生粘附金属现象。所以，把复合硬质涂层材料设计成最里层为0.5～5微米的TiC层、中间层为1～10微米的Ti（BN）层、最外层为0.5～6微米的TiN层而组成的新型TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层材料，能保证获得强度高、抗磨损性能和抗冲击韧性兼优，且不易产生粘附金属现象、使用寿命长的涂层切削刀具、模具等工具和耐磨损另件等制品。

2.用化学气相沉积法（CVD法）沉积TiC+Ti（BN）+TiN的化学反应通式如下：

3.气相沉积主要工艺参数：

①气相沉积TiC层主要工艺参数：

1）沉积反应气体配比：

H₂：95.5～90.5%、CH₄：4～7%、TiCl₄：0.5～2.5%

2）沉积温度：900～1000℃

3）沉积室压力：50～150mm-Hg

②沉积Ti（BN）层主要工艺参数：

1）沉积反应气体配比：

H₂：69～56.5%、N₂：30～40%、BCl₃：0.2～1.0%、

TiCl₄：0.5～2.5%

2）沉积温度：950～1250℃

3）沉积室压力：10～150mm-Hg

③沉积TiN层主要工艺参数：

1）沉积反应气体配比：

H₂：69.5～57.5%、N₂：30～40%、TiCl₄：0.5～2.5%

2）沉积温度：950～1100℃

3）沉积室压力：50～150mm-Hg

用本发明所制成的切削刀具和模具，具有良好的抗磨损性能和抗冲击韧性，且使用时不易产生粘附金属的现象。因此，其使用寿命与现在公用的切削刀具和模具相比，有十分显著的提高。

实施例1：

在硬质合金可转位车刀片表面，沉积上最里层为1～3微米的TiC层、中间层为2～5微米的Ti（BN）层、最外层为2～4微米的TiN层组成的TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层与在相同硬质合金可转位车刀片基体表面，沉积上TiC+Ti（C、N）+TiN涂层进行了切削寿命对比试验，其试验规范和结果见表1。

表1

由表1可见，本发明的TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层车刀与现在公用的TiC+Ti（C.N）+TiN涂层车刀相比，切削寿命提高1倍以上。

实施例2：

用实施例1所确定的厚度，制成TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层硬质合金螺纹梳刀，与相同基体的TiC+TiN、TiC+Al₂O₃涂层硬质合金螺纹梳刀，进行了工厂实际使用寿命对比试验，其试验规范和结果见表2。

由表2可见，本发明的TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层硬质合金螺纹梳刀，与现在公用的TiC+TiN、TiC+Al₂O₃涂层硬质合金螺纹梳刀，在实际生产使用条件下相比，其切削寿命也提高1倍以上。

实施例3：

用实施例1确定的厚度，制成的TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层高速钢钻头，与未涂层的高速钢钻头进行了切削寿命对比试验，切削规范和结果见表3。

表3

由表3可见，本发明的TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层高速钢钻头，与未涂层的高速钢钻头相比，其切削寿命提高80倍以上。

实施例4：

用实施例1确定的涂层厚度，制成的TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层高速钢螺帽孔冲针，与未涂层的高速钢螺帽孔冲针进行了实际生产使用寿命对比试验，其试验规范和结果见表4。

表4

由表4可见，本发明的TiC+Ti（BN）+TiN复合硬质涂层高速钢冲针，与未涂层的高速钢冲针相比，使用寿命提高了6倍以上。

Claims

一种复合硬质涂层材料，其特征在于所说的复合硬质涂层材料，是一种由最内层为0.5～5微米的TiC层、中间层为1～10微米的Ti(BN)层、最外层为0.5～6微米的TiN层组成的一种TiC+Ti(BN)+TiN复合硬质涂层材料。