[發明專利]PVD技術制備超硬納米復合多層涂層的工藝

無效

• 申請號: 201210193969.6
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN102676991A
• 公開（公告）日: 2012-09-19
• 發明（設計）人: 田君;鐘守炎;石子瓊;荊建軍;廖梓龍
• 申請（專利權）人: 東莞理工學院
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/32;C23C14/02
• 代理公司: 東莞市華南專利商標事務所有限公司 44215
• 代理人: 李玉平

技術領域

?本發明涉及涂層技術領域，具體涉及PVD技術制備超硬納米復合多層涂層的工藝。

背景技術

在工模具表面鍍制涂層，能夠提高工模具的耐磨性、抗氧化性和紅硬性。尤其是用于加工汽車零件和模具的刀具，均需在其表面鍍制涂層，才能滿足加工要求。

目前，國內在工模具表面鍍制的涂層使用較多的是單層多元涂層，例如TiCN系列涂層，這類涂層最大的缺點是涂層與工模具表面的結合強度較低，且涂層中的內應力較大。國外大多使用多層復合涂層，尤其是納米復合多層結構的涂層，例如：TiN/VN、TiC/TiB2、TiN/Ti2N、TiN/CrN、TiN/CrVN等涂層，這類涂層能夠提高涂層與工模具表面的結合力，而且鍍制了這類涂層的工模具的紅硬性、抗氧化性和耐磨性也較高。但是鍍制了這類涂層的工模具，尤其是用于孔加工用的螺旋刃機械鉸刀，其價格昂貴，而且其重磨修復成本高，從而使國內企業的生產成本高。

專利申請號為200910193492.X的中國發明專利申請公開了TiN?/?(TiN+CrN)/CrAlN納米復合涂層及其制備方法，該納米復合涂層的涂層結構雖然能使涂層中的內應力有所降低，使涂層與基體的結合力有所提高，但是，該TiN?/?(TiN+CrN)/CrAlN納米復合涂層的制備方法中，由于對每層涂層的涂制均為一次性涂制完成，使得涂層中的內應力的降低程度不夠理想，從而使得涂層與基體的結合力的提高程度不夠理想。

發明內容

本發明的第目的在于針對現有技術的不足，提供PVD技術制備超硬納米復合多層涂層的工藝，利用該PVD技術制備超硬納米復合多層涂層的工藝所鍍制的納米復合多層涂層的的內應力小，該納米復合多層涂層與工模具表面的結合強度好；而且鍍制了該納米復合多層涂層的工模具具有紅硬性高、抗氧化性高、耐磨性高和價格低的特點。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

PVD技術制備超硬納米復合多層涂層的工藝，它包括以下步驟：

a、工模具表面的預處理：將工模具放入堿性金屬清洗液中煮沸，然后室溫下將工模具放入裝有堿性金屬清洗液的超聲清洗機中進行超聲處理，然后放入純乙醇溶液中脫水處理后干燥；

b、工模具的預加熱：將經過表面預處理的工模具放入鍍膜爐中，通入Ar氣，啟動空心陰極電子槍和爐體內的加熱裝置，空心陰極電子槍的直流等離子體電弧直接照射工模具的表面以達到加熱的目的；

c、工模具表面的清洗刻蝕：通入Ar氣，調整空心陰極電子槍的電流值，對工模具施加脈沖偏壓；啟動陰極多弧Ti靶，陰極多弧Ti靶濺射出來的Ti離子在電場作用下轟擊工模具表面，在高能電子和Ti離子的共同作用下清洗刻蝕工模具表面；

d、TiN膜層的鍍制：關閉步驟c中啟動的陰極多弧Ti靶，保持步驟c中Ar氣的通入，同時通入N₂氣，然后聚焦空心陰極電子槍的直流電弧于坩堝，先蒸發坩堝中的金屬Ti后，關閉空心陰極電子槍，同時關閉Ar氣源；分至少兩次啟動陰極多弧Ti靶，然后對工模具施加脈沖偏壓后關閉陰極多弧Ti靶，從而在工模具表面覆蓋了TiN膜層；

其中，TiN膜層作為鍍制于工模具表面的最內層，TiN膜層的厚度占所述納米復合多層涂層總厚度的5%~10%；

e、?(TiN+CrN)膜層的鍍制：繼續通入N₂氣，分至少兩次啟動陰極多弧Cr靶，對工模具施加脈沖偏壓后關閉陰極多弧Cr靶；然后調節N2氣流量，分至少兩次啟動陰極多弧Ti靶，對工模具施加脈沖偏壓后關閉陰極多弧Ti靶，從而在工模具表面覆蓋了(TiN+CrN)膜層；

其中，(TiN+CrN)膜層作為鍍制于工模具表面的中間層，(TiN+CrN)膜層的厚度占所述納米復合多層涂層總厚度的55%~75%；

其中，在所述(TiN+CrN)膜層中，TiN的相對含量為55%~65%，CrN的相對含量為35%~45%；

f、CrAlN膜層的鍍制：調節N2氣流量，分至少兩次啟動陰極多弧Al靶，對工模具施加脈沖偏壓后關閉陰極多弧Al靶；再次調節N2氣流量，分至少兩次啟動陰極多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，對工模具施加脈沖偏壓后關閉陰極多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，從而在工模具表面覆蓋了CrAlN膜層；

其中，CrAlN膜層作為鍍制于工模具表面的最外層，CrAlN膜層的厚度占所述納米復合多層涂層總厚度的15%~40%；