本发明属于表面工程，具体涉及一种高结合性能硬质涂层刀具及其制备方法。
背景技术：
1、硬质合金是难熔金属化合物与粘结金属所构成的组合材料，采用钴作为粘接剂时，wc、tic、tac等硬质相的溶解度较高，以钴作为粘接剂的硬质合金具有高强度、高硬度、高耐磨性等优点而备受关注、市场占比逐年升高，已成为目前刀具市场上的主流材料之一。
2、但钴在制备硬质功能性薄膜时会弱化薄膜的膜基结合力，损害薄膜质量，成为了本行业需突破的技术瓶颈。传统采用酸碱浸蚀两步法进行硬质合金的表面脱钴处理，一方面难以除尽表面钴，另一方面形成疏松、易脆断的表面贫钴区，并不能获得高质量、长寿命的硬质薄膜刀具。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种高结合性能硬质涂层刀具及其制备方法，该方法通过化学脱钴和等离子体刻蚀处理改变了硬质合金中钴作为粘接相的存在形式，通过钨的再结晶细化过程改善了硬质合金的表面状态，在硬质合金表面形成了致密的富钴层，并通过深冷和热处理进一步地提高涂层刀具的结合性能和使用寿命。
2、实现本发明目的的技术方案：
3、一种高结合性能硬质涂层刀具，所述硬质涂层刀具包括刀具基体、me1过渡层和me1n-me2aln调制层，刀具基体具有基体表面强化层，表面强化层内的钴相转化为钨化钴相以形成钨钴化物强化层，me1过渡层位于钨钴化物强化层与me1n-me2aln调制层之间，me1过渡层沉积于钨钴化物强化层上，me1n-me2aln调制层沉积于me1过渡层上，me1n-me2aln调制层为me1n层和me2aln层重复循环的成分调制膜。
4、所述me1为ti、cr、zr、hf、ta、co、nb、si或v中的一种，me2为ti、cr、zr、hf、ta、co、nb、si或v中的一种或几种。
5、所述me1n-me2aln调制层中me1n层与me2aln层的膜厚比(即调制比)为1：2～1：3；所述me1n-me2aln调制层的循环周期为5～10次。
6、所述钨钴化物强化层厚度5～15微米，所述过渡层厚度为0.5微米，所述调制层总厚度为2～4微米。
7、所述刀具基体的材质为以钴作为粘结剂的钨钴类硬质合金。
8、一种高结合性能硬质涂层刀具的制备方法，所述方法包括以下步骤：
9、步骤s1、对刀具进行喷砂处理后以化学脱钴和表面等离子体刻蚀制备钨钴化物强化层，形成处理好的硬质合金基体刀片；
10、步骤s2、采用阴极弧离子镀膜技术在步骤s1中处理好的硬质合金基体刀片表面制备me1过渡层和me1n-me2aln调制层，完成刀具镀膜；
11、步骤s3、对完成镀膜的刀具进行深冷处理；
12、步骤s4、对深冷处理后的刀具进行热处理。
13、所述步骤s1中化学脱钴具体为：采用无机酸水溶液浸泡，然后采用无水乙醇超声清洗。
14、所述步骤s1中无机酸水溶液浸泡具体为：采用硝酸水溶液(体积比为1：1～1:5)超声波浸泡5～30min或硫酸-双氧水溶液(体积比为1：5～1:10)常温浸泡24～72h。
15、所述步骤s2具体为：
16、采用me1靶、me2靶或me1-me2合金靶在氮气或氩气混合气氛中采用阴极弧离子镀膜技术制备过渡层和me1n-me2aln调制层，在制备me1n-me2aln调制层时工作压力为2～10pa，施加基体负偏压，以提高涂层和基体的结合性能。
17、所述步骤s2中沉积me1n-me2aln调制层时所施加的基体负偏压范围为50～600v。
18、所述步骤s3具体为：
19、将沉积有硬质涂层的刀具置于0℃液氮深冷箱；
20、第一阶段：将温度从0℃降至-90℃，冷却速度为1℃/min，保温60min；
21、第二阶段：将温度从-90℃降至-190℃，冷却速度为0.5℃/min，保温24h；
22、第三阶段：自然恢复室温。
23、所述步骤s4具体为：
24、将刀具置于马弗炉中，将温度从室温升至200℃，升温速率为1℃/min，保持2h。
25、本发明的有益技术效果在于：
26、1、本发明提供的一种高结合性能硬质涂层具有优良的结合性能。通过制备钨钴化物强化层为涂层承受剪切载荷时提供了有力的支撑，避免了游离钴及疏松结构带来的不利影响；并通过深冷处理减少了刀片和涂层的孔隙度，降低了刀片的裂纹密度；通过热处理改善了刀片与涂层系统的应力状态，使得涂层结合强度得到明显改善。
27、2、本发明提供的一种高结合性能硬质涂层的高温抗氧化性好。me1n-me2aln涂层在高温空气中氧化时表面形成al2o3保护膜，可以有效防护涂层及基材氧化。
28、3、本发明提供的一种高结合性能硬质涂层的耐磨性好、寿命高。通过预处理手段使基材表层的游离钴转化为高温稳定的钨钴化物，钨钴化物相表面层结构致密、硬度增加，从而在硬质合金表面形成结构致密、硬度高的钨钴强化层；基体及涂层中晶粒细小，原生裂纹源少，me1n-me2aln涂层的调制结构有利于释放横向载荷带来的应力，有效提高了涂层的使用寿命。
1.一种高结合性能硬质涂层刀具，其特征在于，所述硬质涂层刀具包括刀具基体、me1过渡层和me1n-me2aln调制层，刀具基体具有基体表面强化层，表面强化层内的钴相转化为钨化钴相以形成钨钴化物强化层，me1过渡层位于钨钴化物强化层与me1n-me2aln调制层之间，me1过渡层沉积于钨钴化物强化层上，me1n-me2aln调制层沉积于me1过渡层上，me1n-me2aln调制层为me1n层和me2aln层重复循环的成分调制膜。
2.根据权利要求1所述的一种高结合性能硬质涂层刀具，其特征在于，所述me1为ti、cr、zr、hf、ta、co、nb、si或v中的一种，me2为ti、cr、zr、hf、ta、co、nb、si或v中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种高结合性能硬质涂层刀具，其特征在于，所述me1n-me2aln调制层中me1n层与me2aln层的膜厚比为1：2～1：3；所述me1n-me2aln调制层的循环周期为5～10次。
4.根据权利要求3所述的一种高结合性能硬质涂层刀具，其特征在于，所述钨钴化物强化层厚度5～15微米，所述过渡层厚度为0.5微米，所述调制层总厚度为2～4微米。
5.根据权利要求1所述的一种高结合性能硬质涂层刀具，其特征在于，所述刀具基体的材质为以钴作为粘结剂的钨钴类硬质合金。
6.一种高结合性能硬质涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种高结合性能硬质涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中化学脱钴具体为：采用无机酸水溶液浸泡，然后采用无水乙醇超声清洗。
8.根据权利要求7所述的一种高结合性能硬质涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中无机酸水溶液浸泡具体为：采用体积比为1：1～1:5的硝酸水溶液超声波浸泡5～30min或体积比为1：5～1:10的硫酸-双氧水溶液常温浸泡24～72h。
9.根据权利要求6所述的一种高结合性能硬质涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述步骤s2具体为：采用me1靶、me2靶或me1-me2合金靶在氮气或氩气混合气氛中采用阴极弧离子镀膜技术制备过渡层和me1n-me2aln调制层，在制备me1n-me2aln调制层时工作压力为2～10pa，施加基体负偏压，以提高涂层和基体的结合性能。
10.根据权利要求9所述的一种高结合性能硬质涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中沉积me1n-me2aln调制层时所施加的基体负偏压范围为50～600v。
11.根据权利要求6所述的一种高结合性能硬质涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述步骤s3具体为：将沉积有硬质涂层的刀具置于0℃液氮深冷箱；
12.根据权利要求11所述的一种高结合性能硬质涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述步骤s4具体为：将刀具置于马弗炉中，将温度从室温升至200℃，升温速率为1℃/min，保持2h。
