[實用新型]納米多層復合膜

有效

• 申請號: 201320865529.0
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN203768443U
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 吳日芳;江延軍;王峰;高鵬萬
• 申請（專利權）人: 大連遠東工具有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/32
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 賈漢生;李馨

技術領域

本實用新型涉及真空鍍膜技術，尤其涉及一種納米多層復合膜。

背景技術

目前中國市面上最常見的高速鋼刀具和沖壓模具的涂層主要有兩種，一種是最為普遍的TiN膜層，另外一種是具有較高性能的TiAlN膜層。通常，TiN鍍膜成本較低，鍍膜后表面硬度通常達到HV2300左右。TiAlN鍍膜成本較高，鍍膜后表面硬度可以達到HV3000～3500。長期以來，很多真空鍍膜廠家都在尋找一種新的鍍膜技術，在成本與TiN鍍膜接近的前提下得到硬度可以媲美TiAlN鍍膜的新鍍膜技術。

實用新型內容

本實用新型的目的在于，針對上述現有高速鋼刀具和沖壓模具的涂層高硬度和低成本無法同時兼具的問題，提出一種納米多層復合膜，以實現硬度高、制造成本低廉的優點。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案是：一種納米多層復合膜，包括順次設置的Ti層、復合層和TiN表層，所述復合層包括交替設置Ti₂N+TiN層和TiN層。Ti₂N+TiN層是由Ti靶材和氮氣分別離化制備而成。進一步地，所述Ti層厚度為50-70nm。

進一步地，所述Ti₂N+TiN層厚度為28-60nm，優選為30-40nm；所述TiN層厚度為35-70nm。

進一步地，所述TiN表層的厚度為0.8-1.5μm。

進一步地，所述納米多層復合膜厚度為2-5μm。

所述納米多層復合膜的制備方法，包括以下步驟：首先在基體表面沉積Ti層；然后在Ti層背離基體的一側沉積復合層；最后在復合層上沉積TiN表層。

其中，所述復合層通過交替沉積Ti₂N+TiN層和TiN層制備而成。

進一步地，所述沉積采用多弧離子鍍技術完成。

進一步地，所述Ti₂N+TiN層的制備包括，Ti靶材和氮氣分別離化，采用多弧離子鍍技術在Ti層上通過脈沖Ar氣將Ti₂N和TiN混合沉積，即在Ar脈沖的條件下，分別離化的Ti靶材和氮氣形成Ti₂N。

進一步地，所述納米多層復合膜的制備通過壓強儀控制氣體壓強，氣分壓為6-8×10^-1Pa。氣分壓為真空室內的氣體壓強。所述Ar氣脈沖時間和流量分別為：Ar氣體脈沖時間為15-25s，間隔時間為20-33s，Ar氣每次脈沖量為9SCCM。

進一步地，所述基體為金屬基體，所述基體的溫度為340-380℃，優選為350℃。

本實用新型納米多層復合膜結構合理、緊湊，與現有技術相比較具有以下優點：

（1）、本實用新型克服了現有單層氮化鈦膜層結合力差、斷裂韌性差和易產生裂紋的缺點，本實用新型納米多層復合膜充分結合了Ti層、Ti₂N層和TiN層各自的特點，以Ti作為基體和膜層的過渡層，能讓膜層和基體有非常好的結合力，吸取Ti₂N有硬度高的特點，提高膜層整體硬度和耐磨性；吸取TiN摩擦系數低，在表層起到潤滑的作用，減少裂紋的發生。

（2）、本實用新型納米多層復合膜的制備采用多弧離子鍍膜，通過脈沖氬氣獲得具有不同成分和結構的納米復合膜，每層的厚度和成分通過脈沖氬氣的時間和數量來控制。

（3）、本實用新型納米多層復合膜兼具TiAlN鍍膜和TiN鍍膜的優點，本實用新型納米多層復合膜的表面硬度與TiAlN鍍膜接近，能達到HV2800左右；制備工藝簡單，制造成本與TiN鍍膜相差無幾。

上述優點使本實用新型納米多層復合膜在未來的鍍膜市場中有著廣大的市場空間，尤其在高速鋼刀具和沖壓模具等的涂層領域具有很高的應用價值。

附圖說明

圖1為實施例1納米多層復合膜的結構示意圖；

圖2為對照例1TiN層壓痕的金相顯微鏡示意圖，放大倍數為1000倍；

圖3為實施例1納米多層復合膜壓痕的金相顯微鏡示意圖，放大倍數為1000倍。

具體實施方式

以下結合實施例對本實用新型進一步說明：

對照例1

對照例公開的膜為沉積在金屬基體上的、厚度為0.8μm的TiN層。

實施例1