[發明專利]一種阻止Ag在TiAlN涂層中高溫晶界擴散的方法

有效

• 申請號: 201210413826.1
• 申請日: 2012-10-26
• 公開（公告）號: CN103774103A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 馮長杰;李明升;江鳶飛;胡弦;周雅;杜楠
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 南昌洪達專利事務所 36111
• 代理人: 劉凌峰

技術領域

本發明涉及一種阻止Ag在TiAlN涂層中高溫晶界擴散的方法。

背景技術

我國現在已成為能源消耗大國，摩擦磨損是造成高能耗的一個主要原因。2006年全國消耗在摩擦磨損方面的資金高達9500億元。潤滑是減少摩擦磨損、降低能耗的最為有效的措施之一。20世紀60年代問世的硬質涂層技術使刀具材料出現了一次重大變革。

近幾年來，硬質涂層技術受到了越來越多的關注和研究，向硬質涂層中，加入貴金屬元素，如Au、Ag,?或者加入在高溫下能形成具有潤滑作用的氧化物形成元素，如W、Mo、V等，在室溫和中溫條件下能夠降低硬質涂層的摩擦系數，提高涂層的耐磨性能。在TiAlN涂層中，添加Ag元素，當Ag含量在5-10?at%時，可顯著降低TiAlN在200-400^oC的摩擦系數，提高TiAlN涂層的耐磨性能。但是，Ag元素的熔點比較低，在TiAlN涂層中以晶粒形式存在，TiAlN-Ag涂層在300^oC以上溫度長期作業時，Ag元素很容易通過TiAlN涂層的晶界，擴散到涂層的表面，使TiAlN-Ag涂層內部產生缺陷，使涂層力學性能惡化，最終導致TiAlN-Ag涂層剝落，耐磨性下降。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種阻止Ag在TiAlN涂層中高溫晶界擴散的方法，它具有提高TiAlN-Ag涂層耐磨性能，改善TiAlN-Ag涂層制備方法的優點。

本發明是這樣來實現的，由于非晶Si₃N₄相具有高溫穩定性，與TiAlN相互不相容，且優先沉積在TiAlN晶粒的晶界上的特性，采用TiAlSiAg靶和Si靶雙靶共同反應磁控濺射技術，制備TiAlN-Ag/Si₃N₄復合涂層，通過調節靶材成分和TiAlSiAg靶、Si靶的功率，使得涂層中Ag含量為1-10at%，Si含量為8-10at%，且Si以非晶Si₃N₄相存在于TiAlN晶粒的晶界上，阻礙Ag在高溫通過TiAlN的晶界進行擴散。

本發明的技術效果是：本發明制備的TiAlN-Ag/Si₃N₄復合涂層，當Ag含量為1-10at%，Si含量為8-10at%時，非晶Si₃N₄相占據了TiAlN晶粒的大部分晶界，使Ag在200-800^oC的高溫擴散被明顯的抑制，可明顯阻止Ag通過TiAlN的晶界向涂層表面擴散，在200-800^oC高溫磨損試驗中，可使TiAlN-Ag涂層的磨損時間提高3倍以上，另外，該方法改善的TiAlN-Ag耐磨減磨涂層制備方法簡單，可廣泛應用。

附圖說明

圖1為本發明TiAlN-Ag/Si₃N₄涂層沉積過程示意圖。

圖2為本發明TiAlN-Ag/Si₃N₄復合涂層結構示意圖。

具體實施方式

下面結合實施例和附圖對本發明做詳細闡述：

實施例一、在高速鋼W6Mo5Cr4V2上制備具有高溫阻礙Ag晶界擴散的TiAlN-Ag/Si₃N₄涂層，其具體的制備工藝如下：

?1）前處理。將W6Mo5Cr4V2高速鋼鋼板切割成20mm×20mm×3mm的試樣，試樣的中上部鉆直徑為3mm的通孔，試樣經粗磨、細磨和拋光處理，使其表面粗糙度小于0.5微米；

2）雙靶共濺制備TiAlN-Ag/Si₃N₄涂層的工藝參數和技術條件如下：N₂分壓0.5Pa，Ar分壓0.25Pa，溫度150℃，時間是200min，偏壓-100V，占空比30%，采用粉末冶金的方法制備TiAlAg靶，其成分：Ti：48at%，Al:45at%，Ag?7at%，靶材尺寸：直徑100mm，厚度：10mm，濺射功率：350W，供電方式：恒流，采用粉末冶金的方法制備Si靶，粉末純度：大于99at%，靶材尺寸：直徑100mm，厚度：5mm，濺射功率：70W，供電方式：直流，試樣轉架自轉速率：30轉/分鐘，其TiAlN-Ag/Si₃N₄涂層沉積過程如附圖1；??????