[發明專利]TaVCN硬質納米結構薄膜及制備方法

有效

• 申請號: 201410131115.4
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103924190A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發明（設計）人: 喻利花;許俊華;黃婷
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/34
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及一種涂層及其制備方法，特別是一種TaVCN硬質納米結構薄膜及制備方法，屬于陶瓷涂層技術領域。

背景技術

隨著現代加工技術的發展，特別是高速、干式切削等加工方式的出現，除了要求涂層具有普通切削刀具涂層應有的高硬度、優異的高溫抗氧化性能外，更需要涂層具有優良的摩擦磨損性能。然而，現有的刀具涂層雖然具有較高硬度，但它們的摩擦磨損性能都不理想，無法滿足要求。氮化鉭(TaN)薄膜具有高熔點、高硬度、良好的生物相容性等優異性能，可廣泛用于集成電路構件、醫學領域等中。濺射法制備的TaN薄膜硬度高達到22GPa，但其摩擦系數較高，約為0.7，與現代加工技術所要求的高硬度耐磨涂層如TiN相比，TaN薄膜摩擦磨損性能較差，因而市場上沒有發現二元的TaN薄膜用作切削刀具的保護涂層。向TaN薄膜中添加C元素制備TaCN薄膜，可以改善TaCN薄膜的室溫摩擦性能。然而，其高溫摩擦系數仍然較高。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術的不足，提供一種TaVCN硬質納米結構薄膜及制備方法。本發明克服現有TaCN硬質納米結構復合膜摩擦磨損性能不理想等缺點，具有較高生產效率，兼具高硬度和優異的摩擦磨損性能，可作為高速、干式切削的納米結構硬質薄膜。

本發明是通過以下技術方案實驗的：

一種TaVCN硬質納米結構薄膜，薄膜采用多靶共焦射頻反應濺射法在硬質合金(如高速鋼、單晶硅片)或陶瓷基體上制備得到，薄膜分子式為(Ta,V)CN，薄膜厚度在1-3μm。

一種TaVCN硬質納米結構薄膜的制備方法，是利用多靶共焦射頻反應法在硬質合金或陶瓷基體上沉積TaVCN硬質納米結構薄膜，薄膜分子式為(Ta,V)CN，厚度在1-3μm，V含量為0-40at.%。沉積時，真空度優于3.0×10-3Pa,以氬氣起弧，氮氣為反應氣體進行沉積，濺射氣壓0.3Pa、氬氮流量比10:（2-5），Ta靶功率為80-150W，C靶功率為40-60W，V靶功率為0-100W。當V含量為26.85at.%時，復合膜的硬度達到最大值，為32GPa；當V含量為32.6at.%時，室溫摩擦系數低至0.21；對V含量為32.6at.%的TaVCN復合膜進行高溫干切削實驗（室溫至700℃），在700℃時摩擦系數最低，為0.43。

前述的TaVCN硬質納米結構薄膜的制備方法，其特征在于，在基體上預先沉積純Ta作為過渡層。

本發明的TaVCN硬質納米結構薄膜是采用高純Ta靶，C靶和V靶共焦射頻反應濺射，沉積在硬質合金或陶瓷基體上制備得到的，薄膜厚度在1-3μm。濺射反應過程中，V含量在0-40at.%之間，在V含量為26.85at.%時硬度高達到32GPa；在V含量為32.6at.%時室溫摩擦系數低至0.21；；對V含量為32.6at.%的TaVCN復合膜進行高溫干切削實驗（室溫至700℃），在700℃時摩擦系數最低，為0.43。

附圖說明

圖1為本發明實施例制備的TaVCN薄膜中V含量與靶功率的變化關系。由圖可知，V含量隨靶功率的增加而增加；

圖2為本發明實施例制備的TaVCN復合膜硬度與V含量的變化關系。Ta靶功率100W，C靶功率為60W時，復合膜的硬度隨V含量的增加先升高后降低。當V含量為26.85at.%時，硬度最高為32GPa；當V含量高于26.85at.%時，薄膜的顯微硬度逐漸下降；

圖3為室溫下本發明實施例制備的TaVCN復合膜的摩擦系數與V含量的變化關系。可見，TaVCN復合膜的平均摩擦系數隨V含量的增加先減小后增大；當V含量為32.6at%時，平均摩擦系數達到最小值，為0.21；

圖4為本發明實施例制備的TaVCN復合膜干切削實驗下平均摩擦系數隨摩擦溫度變化關系?？梢?，隨溫度升高，復合膜的平均摩擦系數均先升高后降低，700℃時，摩擦系數為0.43。

圖1-圖4所考察的情況是固定Ta靶功率100W，C靶功率為60W時的前提下實施的。

具體實施方法

本發明的制備方法，具體如下：