一种用于不锈钢、钛合金攻丝加工的丝锥的复合涂层及其制备方法与流程

本发明涉及刀具表面涂层，具体而言，涉及一种用于不锈钢、钛合金攻丝加工的丝锥的复合涂层及其制备方法。

背景技术：

1、制作内螺纹的过程称为攻丝，攻丝过程中使用的工具叫丝锥，常规丝锥的材质以高速钢材质和硬质合金材质为主，其中，高速钢刀具具有良好的强度和韧性，而硬质合金刀具则具有较高的硬度和红硬性即在切削高温下保持硬度的能力，其中，硬质合金刀具不仅加工速度更快，而且刀具寿命更长。

2、不锈钢、钛合金属于典型难加工材料，攻丝过程中存在摩擦阻力大、刀具工件粘黏严重、排屑不畅、刀具磨损快寿命短、扭力过大丝锥断裂等问题。现有技术中，丝锥表面设有的tin、ticn等硬质涂层摩擦系数较高（0.4～0.6），抗粘黏能力不足；常规类金刚石（dlc）涂层虽摩擦系数低（0.1～0.2），但沉积温度通常≤200℃，膜基结合力差（临界载荷≤50n），高温易石墨化失效，难以满足不锈钢、钛合金攻丝需求。

3、目前行业缺少兼顾高硬度、低摩擦、耐高温、抗粘黏的专用复合涂层。

技术实现思路

1、本发明提供了用于不锈钢、钛合金攻丝加工的丝锥的复合涂层，旨在改善现有复合涂层缺少兼顾高硬度、低摩擦、耐高温、抗粘黏的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:

3、本发明提供了一种用于不锈钢、钛合金攻丝加工的丝锥的复合涂层，所述复合涂层设置于丝锥基体表面，由内至外依次为：

4、（1）ti打底层；

5、（2）tin层；

6、（3）ticn过渡层；

7、（4）wc-tic/c功能涂层。

8、进一步的，

9、所述ti打底层厚度为0.1μm～0.3μm；

10、所述tin层厚度为0.5μm～1.0μm；

11、所述ticn过渡层厚度为0.4μm～1.0μm；

12、所述wc-tic/c功能涂层厚度为0.8μm～2.0μm；

13、优选为，

14、所述ti打底层厚度为0.2μm；

15、所述tin层厚度为0.8μm；

16、所述ticn过渡层厚度为0.5μm或1.0μm；

17、所述wc-tic/c功能涂层厚度为1.4μm、1.6μm或2.0μm。

18、进一步的，所述wc/c-tic功能涂层为纳米晶wc-tic颗粒与含氢非晶碳（ac:h）复合结构；

19、优选的，所述纳米晶wc-tic颗粒的粒径为6～20nm；所述含氢非晶碳的碳相中sp²相含量为70%～90%、sp³相含量10%～30%。

20、进一步的，所述wc-tic/c功能涂层采用孪生中频磁控溅射靶进行沉积，沉积时采用wti合金靶加通入c2h2进行反应制备；

21、优选的，所述wti合金靶中w的含量为55～65at%、ti含量35～45at%。

22、进一步的，所述wc-tic/c功能涂层沉积时，采用40khz中频电源，工作气压0.4pa～0.65pa，脉冲偏压为-60v～-120v，脉冲频率60～80khz。

23、进一步的，所述wc-tic/c功能涂层沉积温度为350℃～450℃；优选为400℃。

24、本发明还提供了上述复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

25、（1）丝锥基体经水基界面活性剂超声清洗、去离子水漂洗、烘干后，装入pvd真空炉；

26、（2）真空炉抽真空至≤5×10-³pa，iet刻蚀ar离子清洁丝锥基体表面；

27、（3）通过电弧离子镀法，采用纯ti靶沉积ti打底层；

28、（4）通过电弧离子镀法，采用纯ti靶通入n2制备tin层；

29、（5）通过电弧离子镀法，采用纯ti靶通入n2和c2h2混合气体制备ticn过渡层；

30、（6）升温至350℃～450℃，采用wti合金磁控溅射靶，通入ar和c2h2，反应制备wc-tic/c功能涂层；

31、（7）沉积完成后随炉冷却

32、进一步的，

33、所述步骤（5）中，n2和c2h2混合气体的流量比为梯度变化，具体为：

34、沉积ticn过渡层厚度的0-30%厚度时，n2和c2h2流量比为6：1；

35、沉积ticn过渡层厚度的31-60%厚度时n2和c2h2流量比为3：1；

36、沉积ticn过渡层厚度的61-100%厚度时n2和c2h2流量比为3：2；

37、所述步骤（6）中，所述ar流量为192～210sccm，所述c2h2的流量为26～48sccm，所述ar:c2h2的流量比为（8～4）:1。

38、本发明还提供了一种用于不锈钢、钛合金攻丝加工的丝锥，所述丝锥表面设有上述复合涂层或上述制备方法制成的复合涂层。

39、与现有技术相比，本发明的复合涂层至少有如下一种的有益效果：

40、1、底层采用电弧离子镀，致密度高、结合力强，功能层采用350℃～450℃高温磁控溅射wc-tic/c，区别于常规dlc涂层，高温促进ticn与wc-tic/c界面冶金结合，膜基结合力显著提升；

41、2、采用wc-tic/c复合结构材料作为功能涂层，纳米晶wc-tic与sp³金刚石相可提供硬度，硬度可达27gpa～35gpa，而含氢非晶碳相中的sp²石墨相可以提供润滑与抗粘黏，涂层摩擦系数≤0.25，硬而不脆、滑而耐磨，解决传统涂层硬度和润滑度不能兼顾的问题；

42、3、耐高温、抗粘黏：wc-tic/c涂层是纳米晶(ti,w)c硬质碳化物颗粒与非晶sp²石墨碳连续基体纳米复合膜（nc-(ti,w)c/a-c），是弥散嵌生结构，所以热稳定性好，适配不锈钢、钛合金攻丝高温工况，有效抑制刀具与工件粘黏，排屑顺畅；

43、4、寿命显著提升：相比常规dlc涂层，本申请的复合涂层寿命提升2～3倍；相比tin/ticn涂层，寿命提升3～4倍，降低加工成本。

1.一种用于不锈钢、钛合金攻丝加工的丝锥的复合涂层，其特征在于，所述复合涂层设置于丝锥基体表面，由内至外依次为：

2.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述wc-tic/c功能涂层为纳米晶wc-tic颗粒与含氢非晶碳（ac:h）复合结构。

4.根据权利要求3所述的复合涂层，其特征在于，所述纳米晶wc-tic颗粒的粒径为6～20nm；所述含氢非晶碳相中sp²相含量为70%～90%、sp³相含量10%～30%。

5.根据权利要求1所述的复合涂层，其特征在于，所述wc-tic/c功能涂层采用孪生中频磁控溅射靶进行沉积，沉积时采用wti合金靶通入c2h2进行反应制备；

6.根据权利要求5所述的复合涂层，其特征在于，所述wc-tic/c功能涂层沉积时，采用40khz中频电源，工作气压0.4pa～0.65pa，脉冲偏压为-60v～-120v，脉冲频率60～80khz。

7.根据权利要求5所述的复合涂层，其特征在于，所述wc-tic/c功能涂层沉积温度为350℃～450℃；

8.一种制备权利要求1～7任一项所述复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，

10.一种用于不锈钢、钛合金攻丝加工的丝锥，其特征在于，所述丝锥表面设有权利要求1-7任意一项所述的复合涂层或权利要求8-9任意一项所制成的复合涂层。