CN114196940B

CN114196940B - 一种复合涂层刀具及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN114196940B
Application number: CN202111475991.5A
Authority: CN
Inventors: 邱联昌; 朱骥飞; 谭卓鹏; 成伟; 廖星文; 史海东; 殷磊
Original assignee: Ganzhou Achteck Tool Technology Co ltd
Current assignee: Ganzhou Achteck Tool Technology Co ltd
Priority date: 2021-12-06
Filing date: 2021-12-06
Publication date: 2023-04-28
Anticipated expiration: 2041-12-06
Also published as: CN114196940A

Abstract

本发明公开了一种复合涂层刀具及其制备方法和应用，包括基体和依次设置在所述基体表面的复合涂层；所述复合涂层采用化学气相沉积技术制备，包括第一子涂层和第二子涂层，以及所述第一子涂层和第二子涂层之间设有硼含量由低到高梯度变化的Ti‑Al‑B‑N梯度层；所述第一子涂层为Ti_1‑xAl_xN层，所述第二子涂层为Ti_aAl_bB_cN层；所述梯度层中最高硼含量不高于所述第二子涂层的硼含量。本发明的目的在于提供一种抗高温氧化的复合涂层刀具，以及其制备方法和在高速干式切削中的应用。

Description

一种复合涂层刀具及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于机械加工领域，尤其涉及一种复合涂层刀具及其制备方法和应用。

背景技术

钛合金、高温合金、耐热不锈钢等材料广泛应用于航空航天、能源等领域高端装备零部件上，现代切削加工要求高效环保，少用或不用冷却液，高速干式切削需求日益增加。高速干式切削时刀具局部温度可达1000℃以上，因此要求刀具具有良好的抗高温氧化性能。钛合金、镍基高温合金、耐热不锈钢等材料强度高，切削加工时刀具表面易产生积屑瘤，刀具粘结磨损严重。在切削刀具表面涂层可有效延长刀具使用寿命，为解决这些加工问题，要求刀具涂层表面光滑、摩擦系数低、涂层结合强度高、耐磨性好。

涂层中添加铝元素可显著提升刀具的高温抗氧化性，铝含量越高涂层抗氧化性越好，添加硼等元素可降低涂层摩擦系数。为保证TiAlN涂层具有较高的硬度和耐磨性，通常希望TiAlN涂层中存在较高含量的fcc-AlN，尽可能避免hcp-AlN的形成。现有技术通常采用物理气相沉积(PVD)方法制备的TiAlN涂层，具有良好的抗高温氧化性能，已广泛应用于切削刀具上，但PVD方法制备的TiAlN涂层Al含量超过67％时会产生六方结构的hcp-AlN相，使涂层硬度和耐磨性下降。

而且，在PVD TiAlN涂层基础上添加硼元素形成TiAlBN涂层，可改变PVD TiAlN涂层(使用PVD方法制备的TiAlN涂层)的性能。有文献研究表明，当硼含量为4at.％时，PVDTiAlBN涂层硬度明显高于PVD TiAlN涂层，当硼含量为9at.％时，PVD TiAlBN涂层硬度明显下降；此外，硼元素添加到TiAlN后，可提高锐钛矿结构a-TiO₂亚稳相向金红石结构r-TiO₂稳定相的转变温度，促进a-Al₂O₃的生成，因此，可显著提升TiAlN涂层的抗氧化性。通常，PVDTiAlBN涂层硬度高，沉积过程在负偏压的作用下，涂层压应力较大，往往难以获得高的涂层结合强度。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种抗高温氧化的复合涂层刀具，以及其制备方法和在高速干式切削中的应用。

本专利方案提供一种复合涂层刀具，包括：基体和依次设置在所述基体表面的复合涂层；所述复合涂层采用化学气相沉积技术制备，包括第一子涂层和第二子涂层，以及所述第一子涂层和第二子涂层之间设有硼含量由低到高梯度变化的Ti-Al-B-N梯度层；所述第一子涂层为Ti_1-xAl_xN层，所述第二子涂层为Ti_aAl_bB_cN层；所述梯度层中最高硼含量不高于所述第二子涂层的硼含量。

进一步地，所述Ti_1-xAl_xN层中，0.70≤x≤0.90；所述Ti_aAl_bB_cN层中，a+b+c＝1，0<a≤0.15，0.65≤b≤0.80。

进一步地，所述第一子涂层的物相组成包含面心立方结构fcc-TiN、面心立方结构fcc-AlN和密排六方结构hcp-AlN且fcc-AlN的体积分数不低于80％，所述fcc-AlN具有如下晶体取向关系：0.5<R≤1，其中：R＝I_fcc-AlN(111)/(I_fcc-AlN(111)+I_fcc-AlN(220))。I_fcc-AlN(111)和I_fcc-AlN(220)分别是从利用Cu-K_α辐射对于fcc-AlN(111)和fcc-AlN(220)衍射峰获得的θ-2θ扫描的准Voigt峰形拟合结果中提取的X射线衍射峰面积。

进一步地，所述第二子涂层的物相组成包含面心立方结构fcc-TiN、面心立方结构fcc-AlN、密排六方结构hcp-AlN和非晶相a-BN，且其中fcc-AlN的体积分数不低于75％、a-BN体积分数为5～15％。

进一步地，所述复合涂层的总厚度为5.0～25.0μm，优选10.0～15.0μm，所述第一子涂层的厚度为3.0～10.0μm，优选为5.0～8.0μm，所述第二子涂层的厚度为4.0～10.0μm，优选为5.0～8.0μm，所述梯度层的厚度为0.50～4.0μm，优选为2.0～3.0μm。

进一步地，所述复合涂层还包括沉积在所述基体表面和所述第一子涂层之间的结合层，所述结合层为Ti、TiN、TiC、TiCN等中的一种或多种，优选TiN，结合层厚度为0.2～1.5μm。

进一步地，在所述第二子涂层的表面上沉积有表层，所述表层由除所述Ti_aAl_bB_cN层之外的涂层组成。

进一步地，所述表层为TiAlN、TiN、TiBN、TiB₂、TiC、TiCN、TiAlSiN、TiSiN、Ti、TiBCN中的一种或多种，优选TiB₂，且所述表层的厚度为0.5～3.0μm，优选1.0～2.0μm。

还提供一种复合涂层刀具的制备方法，该复合涂层刀具中的复合涂层通过采用化学气相沉积技术，在700～1000℃、4～1000mbar条件下，以H₂、TiCl₄、AlCl₃、NH₃、N₂、BCl₃、Ar为原料，在基体表面依次沉积而成；所述复合涂层包括结合层、第一子涂层、梯度层和第二子涂层。

进一步地，所述结合层通过采用化学气相沉积技术，在850～950℃、50～200mbar条件下，以包括TiCl₄、N₂、H₂为原料，在基体表面发生化学反应而获得。

进一步地，所述第一子涂层通过采用化学气相沉积技术，在700～900℃、4～30mbar条件下，以包括H₂、TiCl₄、AlCl₃、NH₃、N₂、Ar为原料，在所述结合层的表面发生化学反应而获得。

进一步地，所述梯度层通过化学气相沉积技术，在700～900℃、4～30mbar条件下，以包括H₂、TiCl₄、AlCl₃、BCl₃、NH₃、N₂、Ar为原料，并逐渐增加BCl₃的比例，在所述第一子涂层的表面发生化学反应而获得。

进一步地，所述第二子涂层通过化学气相沉积技术，在700～900℃、4～30mbar条件下，以包括H₂、TiCl₄、AlCl₃、BCl₃、NH₃、N₂、Ar为原料，在所述梯度层的表面发生化学反应而获得。

进一步地，所述复合涂层还包括表层，所述表层的通过采用化学气相沉积技术，在750～1000℃、50～1000mbar条件下，以包括H₂、TiCl₄、BCl₃、Ar为原料，在所述第二子涂层的表面发生化学反应而获得

进一步地，所述基体的材料为硬质合金、高速钢、金属陶瓷、聚晶金刚石、立方氮化硼中的一种。

以及提供上述任一项提供的一种复合涂层刀具的应用，具体是对钛合金、镍基高温合金、耐热不锈钢中任一种材料进行高速干式切削的应用。

本专利的改进带来如下优点：

(1)本申请提供的复合涂层刀具相比现有技术，其复合涂层特别采用化学气相沉积技术(CVD)制备而成，复合涂层中的TiAlN涂层(第一子涂层)，铝含量达到80％时，涂层中仍不会出现hcp-AlN相。因此，本申请的CVD TiAlN涂层具有比现有技术中的PVD TiAlN涂层更好的综合性能，尤其是抗高温氧化性能。

(2)本申请采用CVD方法制备TiAlBN涂层，相比PVD TiAlBN涂层，由于可以在更高铝含量的情况下避免六方结构hcp-AlN的形成，因此，具有更好的抗高温氧化和耐磨性能。另外，作为一种改进，在沉积形成梯度层时，通过控制反应气体的流量比，即逐渐增加BCl₃的比例，可灵活调整涂层中硼元素的含量。

(3)复合涂层中的梯度层的硼含量呈梯度变化，有利于降低涂层内应力，提高涂层之间的结合强度。而且若梯度层的硼含量高于第二子涂层的硼含量，可能在梯度层中形成较多的非晶相，降低梯度层的硬度和强度，从而对第二子涂层的支撑作用减弱，切削加工过程中易发生塑性变形，缩短刀具使用寿命。本申请通过对梯度层硼含量的巧妙设置，让梯度层的硼含量不高于第二子涂层的硼含量，提高了梯度层的硬度和强度，增强了刀具的使用寿命。

(4)由于PVD TiAlBN涂层硬度高，沉积过程在负偏压的作用下，涂层压应力较大，往往难以获得高的涂层结合强度。本申请另辟蹊径，利用CVD TiAlBN涂层沉积温度高、涂层之间元素易发生相互扩散、涂层间易形成冶金结合的特点，使用CVD方法沉积形成Ti_aAl_bB_cN层(第二子涂层)，让第二子涂层与相邻的涂层形成冶金结合，获得更高的涂层结合强度，进一步提高刀具的耐磨性能。

(5)由于CVD方法制备TiAlBN涂层温度较高，通常大于700℃，且硼原子半径小，TiAlBN涂层中的硼原子易扩散至WC-Co基等硬质合金基体内部，形成W₃CoB₃等脆性相，降低刀具的韧性。因此，本申请在采用CVD方法沉积形成TiAlBN涂层前，先沉积形成其他致密的不含硼涂层(第一子涂层)，可显著减少硼元素向基体扩散。

(6)作为一种改进，本申请精确调控第二子涂层(Ti_aAl_bB_cN层)中Ti、Al、B元素的比例。式中，b代表Al元素的含量，0.65≤b≤0.80时涂层具有较好的抗高温氧化性和高的硬度；b>0.80时可能会形成密排六方结构hcp-AlN，降低涂层硬度；而b<0.65时，涂层的抗高温氧化性能下降；a和c分别代表Ti和B元素的含量，a、b值限定范围后，c值范围就限定了，c值过高非晶相含量太高，涂层的硬度会下降，降低耐磨性；c值过低，非晶相含量太低，无法实现晶粒细化来提高硬度与耐磨性的效果，只有当c值位于本申请所限定的范围时，才能在两者中得到最佳的平衡。

(7)作为一种改进，(111)晶面是面心立方晶体的原子最密排面，有12个滑移系。涂层以(111)晶面择优取向生长时，具有最佳的塑性变形能力，因此涂层具有更好的韧性，而涂层以(220)晶面择优取向生长时涂层具有更高的硬度。本申请通过调控(111)与(220)晶面衍射峰面积来调节涂层的力学性能(韧性与硬度)。

(8)作为一种改进，a-BN体积分数为5～15％；当a-BN体积分数低于5％时，非晶相含量太低，无法实现晶粒细化来提高硬度和耐磨性的效果；高于15％时，非晶相含量太高，涂层的硬度会下降，降低耐磨性。

附图说明

图1为本申请一种复合涂层刀具的剖面结构示意图；

图2为本申请一种复合涂层刀具的断口电子显微照片；

图3为CVD Ti_0.17Al_0.83N涂层的断口电子显微照片；

图4为CVD TiN/Ti_0.10Al_0.75B_0.15N涂层的断口电子显微照片；

其中，100为基体，复合涂层200，201为结合层，202为第一子涂层，203为梯度层，204为第二子涂层，205为表层。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

实施例1

如图1所示，一种复合涂层200刀具，包括基体100和依次设置在基体100表面的复合涂层200；复合涂层200采用化学气相沉积技术制备，由内至外依次包括：沉积在基体100表面的结合层201、第一子涂层202、梯度层203、第二子涂层204。复合涂层200的总厚度为5.0～25.0μm，优选10.0～15.0μm，或为12.0～13.0μm。

基体100由硬质合金、高速钢、金属陶瓷等材料中的一种制成。基体100可以为切削工具或成型工具或冲压工具，或者运载工具的部件或零件，或者用于汽车工业或航空航天工业的部件或零件。

结合层201为Ti、TiN、TiC、TiCN等中的一种或多种，优选TiN；结合层201厚度为0.2～1.5μm，优选0.5-0.9μm，或为1-1.3μm。

第一子涂层202为Ti_1-xAl_xN层，0.70≤x≤0.90，优选0.75≤x≤0.85。厚度为3.0～10.0μm，优选为5.0～8.0μm，或为6.0～7.0μm。第一子涂层202的物相组成包含面心立方结构fcc-TiN、面心立方结构fcc-AlN和密排六方结构hcp-AlN且fcc-AlN的体积分数不低于80％，所述fcc-AlN具有如下晶体取向关系：0.5<R≤1，优选0.7<R≤0.9；其中：R＝I_fcc-AlN(111)/(I_fcc-AlN(111)+I_fcc-AlN(220))，I_fcc-AlN(111)和I_fcc-AlN(220)分别是从利用Cu-K_α辐射对于fcc-AlN(111)和fcc-AlN(220)衍射峰获得的θ-2θ扫描的准Voigt峰形拟合结果中提取的X射线衍射峰面积。(111)晶面是面心立方晶体的原子最密排面，有12个滑移系。涂层以(111)晶面择优取向生长时，具有最佳的塑性变形能力，因此涂层具有更好的韧性，而涂层以(220)晶面择优取向生长时涂层具有更高的硬度。本申请通过调控(111)与(220)晶面衍射峰面积来调节涂层的力学性能(韧性与硬度)。其中，面心立方结构是指一个晶胞中只有在面心、棱心以及顶点有元素的晶体结构。密排六方结构是指除在六角晶胞的顶角上有12个原子外，在每个底面中心有一个原子，在晶胞内部半高处有三个共面原子，轴比近似为1.633的六角晶体结构。

梯度层203为硼含量由低到高梯度变化的Ti-Al-B-N层；梯度层203中最高硼含量不高于第二子涂层204的硼含量。厚度为0.50～4.0μm，优选为2.0～3.0μm，或为2.5～2.8μm。

第二子涂层204为Ti_aAl_bB_cN层，a+b+c＝1，0<a≤0.15，0.65≤b≤0.80；优选0<a≤0.1，0.70≤b≤0.75。厚度为4.0～10.0μm，优选为5.0～8.0μm，或为6.0～7.0μm。第二子涂层204的物相组成包含面心立方结构fcc-TiN、面心立方结构fcc-AlN、密排六方结构hcp-AlN和非晶相a-BN，且其中fcc-AlN的体积分数不低于75％、a-BN体积分数为5～15％。a-BN体积分数为5～15％；当a-BN体积分数低于5％时，非晶相含量太低，无法实现晶粒细化来提高硬度和耐磨性的效果；高于15％时，非晶相含量太高，涂层的硬度会下降，降低耐磨性。优选fcc-AlN的体积分数不低于85％、a-BN体积分数为8～12％。

复合涂层200还可以包括表层205，表层205由不同于第二子涂层204的材料制成，即由除Ti_aAl_bB_cN层之外的涂层组成，例如TiAlN、TiN、TiBN、TiB₂、TiC、TiCN、TiAlSiN、TiSiN、Ti、TiBCN中的一种或多种，优选TiB₂。表层205的厚度为0.5～3.0μm，优选1.0～2.0μm，或为1.3～1.8μm。

实施例2

图2为本申请制备的涂层实物断口电子显微照片，基体为WC-Co基硬质合金，结合层为TiN，第一子涂层为Ti_0.17Al_0.83N，梯度层为Ti-Al-B-N涂层、硼含量在0～15at.％之间，第二子涂层为Ti_0.10Al_0.75B_0.15N。上述复合涂层刀具通过以下步骤S1-S4制得，以下各涂层均采用化学气相沉积技术(CVD)制备。

S1：制备结合层TiN，沉积温度900℃，沉积压力100mbar，反应材料包括TiCl₄、N₂、H₂，各反应材料的纯度大于99％，沉积时间60min，涂层厚度0.9μm；

S2：制备第一子涂层Ti_0.17Al_0.83N，沉积温度800℃，沉积压力10mbar，反应材料包括H₂、TiCl₄、AlCl₃、NH₃、N₂、Ar，各反应材料的纯度大于99％，沉积时间120min，涂层厚度4.5μm；

S3：制备梯度层Ti-Al-B-N层，沉积温度850℃，沉积压力20mbar，反应材料包括H₂、TiCl₄、AlCl₃、BCl₃、NH₃、N₂、Ar，各反应材料的纯度大于99％，沉积时间60min，涂层厚度1.2μm；

S4：制备第二子涂层Ti_0.10Al_0.75B_0.15N，沉积温度850℃，沉积压力20mbar，反应材料包括H₂、TiCl₄、AlCl₃、BCl₃、NH₃、N₂、Ar，各反应材料的纯度大于99％，沉积时间180min，涂层厚度5.0μm。

对比例1：图3为CVD Ti_0.17Al_0.83N涂层断口电子显微照片，其制备方法如下：

沉积温度800℃，沉积压力10mbar，反应气体H₂、TiCl₄、AlCl₃、NH₃、N₂、Ar，各气体的纯度大于99.99％，沉积时间240min，涂层厚度9.5μm。

对比例2：图4为CVD TiN/Ti_0.10Al_0.75B_0.15N涂层断口电子显微照片，各层的制备方法如下：

(1)TiN层，沉积温度900℃，沉积压力100mbar，反应气体TiCl₄、N₂、H₂，各气体的纯度大于99.99％，沉积时间75min，涂层厚度1.5μm；

(2)Ti_0.10Al_0.75B_0.15N层，沉积温度850℃，沉积压力20mbar，反应气体H₂、TiCl₄、AlCl₃、BCl₃、NH₃、N₂、Ar，各气体的纯度大于99.99％，沉积时间240min，涂层厚度8.0μm。

对比例3：PVD TiAlN涂层，其制备方法如下：

(1)采用多弧离子镀技术；

(2)合金靶材Al/Ti＝67/33(原子比)、沉积温度550℃、沉积压力8.0×10^-2mbar；

(3)沉积时间360min，涂层厚度9.0μm，涂层成分Ti_0.35Al_0.65N。

对比例4：PVD TiAlBN涂层，其制备方法如下：

(1)采用多弧离子镀技术；

(2)合金靶材Al/Ti/B＝60/30/10(原子比)、沉积温度550℃、沉积压力8.0×10^- ²mbar；

(3)沉积时间360min，涂层厚度8.5μm，涂层成分Ti_0.34Al_0.58B_0.08N。

表1为实施例2与对比例1-4的力学性能比较。

表1力学性能比较

硬度的检测方法如下：

将基体表面抛光成镜面，涂层沉积后用直径为20mm的轴承钢球在涂层表面对磨20秒，研磨时加入金刚石研磨剂。然后采用TTX-NHT2型纳米压痕仪(奥地利安东帕公司)测试磨痕处涂层的硬度(放大100倍)，压针为金刚石玻氏压头(Berkovich)，最大载荷20mN，加载速率40mN/min，卸载速率为40mN/min，保压时间5秒，为了消除基体对硬度的影响，压入深度小于涂层总厚度的1/10。共测量20个不同点的硬度，取平均值为涂层的硬度。

结合强度的检测方法如下：

采用瑞士CSM公司生产的REVETEST划痕测试仪测量涂层与基体的结合强度。划痕试验法是用一个直径约200微米的半球形金刚石压头在涂层表面上滑动，在此过程中通过自动加载机构连续增加垂直载荷L，当L达到其临界载荷Lc时，涂层与基体开始剥离，涂层和基体之间的界面临界载荷Lc即压头完全划透涂层并使之从其基体上连续剥离所需要的最小载荷；同时，压头与涂层和基体的摩擦力F相应发生变化。此时，涂层会产生声发射，通过传感器获取划痕时的声发射信号、载荷的变化量、切向力的变化量，经放大处理，输入计算机经A/D转换将测量结果绘制成图形，在声发射信号-载荷曲线上临界载荷值Lc处对应得出声发射峰，此时临界载荷Lc即为涂层与基体结合强度的判据。测试参数为：线性加载，加载载荷200N，加载速率99N/min，划痕速度5mm/min，划痕长度5mm。

氧化增重的测试方法如下：

将样品置于马弗炉中在空气气氛下加热至1000℃，保温1h，然后将样品取出在空气中冷却至室温。采用精度为0.1mg的高精度电子天平称量样品氧化前后的重量，计算样品的氧化增重。

摩擦系数测试参照国际标准ASTM G99-2017进行测试。

钛合金铣削对比：

加工方式：面铣削；

工件：方块件；

材料：Ti6Al4V；

刀片类型：SNGX1206ANN-MM4；

切削条件：切削速度100m/min，进给0.2mm/z，切深1mm，切削宽度ae 60mm，干式削切；

切削不同时间后刀片后刀面的磨损量VB(单位mm)测量结果见表2，刀片后刀面磨损量采用带刻度标尺的OLYMPUS SZ61光学超景深显微镜测量。

表2铣削钛合金Ti6Al4V刀片后刀面磨损量对比

涂层	2.2min	8.8min	15.4min	22.2min	29.8min
						实施例2	0.06	0.11	0.16	0.21	0.30
对比例1	0.11	0.22	0.32	--	--
						对比例2	0.08	0.15	0.20	0.31	--
对比例3	0.12	0.25	0.40	--	--
						对比例4	0.10	0.18	0.25	0.35	--

由表2可知，涂覆了本申请复合涂层的刀片的耐磨性得到了很大的提高。高温合金铣削对比：

加工方式：面铣削；

工件：方块件；

材料：GH7192；

刀片类型：SNGX1206ANN-MM4；

切削条件：切削速度80m/min，进给0.25mm/z，切深1mm，切削宽度ae 60mm，干式切削；

切削不同时间后刀片后刀面的磨损量VB(单位mm)测量结果见表3，刀片后刀面磨损量采用带刻度标尺的OLYMPUS SZ61光学超景深显微镜测量。

表3铣削钛合金GH7192刀片后刀面磨损量对比

涂层	3min	6min	9min	12min
					实施例2	0.09	0.17	0.24	0.35
对比例1	0.13	0.21	0.30	--
					对比例2	0.12	0.19	0.26	0.50
对比例3	0.18	0.31	--	--
					对比例4	0.15	0.22	0.35	--

对比现有技术，涂覆了本申请复合涂层的刀片使用寿命得到了很大的提高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种复合涂层刀具，其特征在于，包括基体和依次设置在所述基体表面的复合涂层；所述复合涂层采用化学气相沉积技术制备，包括第一子涂层和第二子涂层，以及所述第一子涂层和第二子涂层之间设有硼含量由低到高梯度变化的Ti-Al-B-N梯度层；所述第一子涂层为Ti_1-xAl_xN层，所述第二子涂层为Ti_aAl_bB_cN层；所述梯度层中最高硼含量不高于所述第二子涂层的硼含量；所述Ti_1-xAl_xN层中，0.70≤x≤0.90；所述Ti_aAl_bB_cN层中，a+b+c=1，0<a≤0.15，0.65≤b≤0.80；所述第一子涂层的物相组成包含面心立方结构fcc-TiN、面心立方结构fcc-AlN和密排六方结构hcp-AlN且fcc-AlN的体积分数不低于80%，所述fcc-AlN具有如下晶体取向关系：0.5<R≤1，其中：R=I_fcc-AlN(111)/(I_fcc-AlN(111)+I_fcc-AlN(220))；所述第二子涂层的物相组成包含面心立方结构fcc-TiN、面心立方结构fcc-AlN、密排六方结构hcp-AlN和非晶相a-BN，且其中fcc-AlN的体积分数不低于75%、a-BN体积分数为5~15%。

2.根据权利要求1所述的一种复合涂层刀具，其特征在于，所述复合涂层的总厚度为5.0~25.0 μm，所述第一子涂层的厚度为3.0~10.0 μm，所述第二子涂层的厚度为4.0~10.0μm，所述梯度层的厚度为0.50~4.0 μm。

3.根据权利要求2所述的一种复合涂层刀具，其特征在于，所述复合涂层的总厚度为10.0~15.0 μm，所述第一子涂层的厚度为5.0~8.0 μm，所述第二子涂层的厚度为5.0~8.0 μm，所述梯度层的厚度为2.0~3.0 μm。

4.根据权利要求1所述的一种复合涂层刀具，其特征在于，所述复合涂层还包括沉积在所述基体表面和所述第一子涂层之间的结合层，所述结合层为Ti、TiN、TiC、TiCN中的一种或多种，结合层厚度为0.2~1.5 μm。

5.根据权利要求4所述的一种复合涂层刀具，其特征在于，所述结合层为TiN。

6.根据权利要求1所述的一种复合涂层刀具，其特征在于，在所述第二子涂层的表面上沉积有表层，所述表层由除所述Ti_aAl_bB_cN层之外的涂层组成。

7.根据权利要求6所述的一种复合涂层刀具，其特征在于，所述表层为TiAlN、TiN、TiBN、TiB₂、TiC、TiCN、TiAlSiN、TiSiN、Ti、TiBCN中的一种或多种，且所述表层的厚度为0.5~3.0 μm。

8.根据权利要求7所述的一种复合涂层刀具，其特征在于，所述表层为TiB₂，且所述表层的厚度为1.0~2.0 μm。

9.一种权利要求4所述的复合涂层刀具的制备方法，其特征在于，该复合涂层刀具中的复合涂层通过采用化学气相沉积技术，在700~1000℃、4~1000 mbar条件下，以包括H₂、TiCl₄、AlCl₃、NH₃、N₂、BCl₃、Ar为原料，在基体表面依次沉积而成；所述复合涂层包括结合层、第一子涂层、梯度层和第二子涂层；所述梯度层通过化学气相沉积技术，在700~900℃、4~30mbar条件下，以包括H₂、TiCl₄、AlCl₃、BCl₃、NH₃、N₂、Ar为原料，并逐渐增加BCl₃的比例，在所述第一子涂层的表面发生化学反应而获得。

10.根据权利要求9所述的一种复合涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述结合层通过采用化学气相沉积技术，在850~950℃、50~200 mbar条件下，以包括TiCl₄、N₂、H₂为原料，在所述基体表面发生化学反应而获得。

11.根据权利要求10所述的一种复合涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述第一子涂层通过采用化学气相沉积技术，在700~900℃、4~30 mbar条件下，以包括H₂、TiCl₄、AlCl₃、NH₃、N₂、Ar为原料，在所述结合层的表面发生化学反应而获得。

12.根据权利要求11所述的一种复合涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述第二子涂层通过化学气相沉积技术，在700~900℃、4~30 mbar条件下，以包括H₂、TiCl₄、AlCl₃、BCl₃、NH₃、N₂、Ar为原料，在所述梯度层的表面发生化学反应而获得。

13.根据权利要求12所述的一种复合涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述复合涂层还包括表层，所述表层通过采用化学气相沉积技术，在750~1000 ℃、50~1000 mbar条件下，以包括H₂、TiCl₄、BCl₃、Ar为原料，在所述第二子涂层的表面发生化学反应而获得。

14.根据权利要求9-13任一项所述的一种复合涂层刀具的制备方法，其特征在于，所述基体的材料为硬质合金、高速钢、聚晶金刚石、立方氮化硼中的一种。

15.根据权利要求1-8任一项所述的一种复合涂层刀具的应用，其特征在于，是对钛合金、镍基高温合金、耐热不锈钢中任一种材料进行高速干式切削的应用。