[發明專利]一種在硬質合金基體表面制備納米結構硬質涂層的方法

在審

• 申請號: 201410177800.0
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103898461A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 王周成;黃琳;吳正濤
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/02;C23C14/06
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及硬質合金表面處理，尤其是涉及一種在硬質合金基體表面制備納米結構硬質涂層的方法。

背景技術

硬質材料的研究是目前材料科學研究的重要領域之一。隨著現代制造業和國防工業的迅速發展，硬質涂層材料已廣泛應用于機械制造、汽車工業、紡織工業、模具工業、航天航空等領域。涂層技術作為材料表面技術的制備手段能夠制備各種功能涂層，將涂層與基體材料的優良性能相結合，大大改善了涂層材料和基體材料的性能，拓寬了應用范圍。從而用極少量的材料起到大量、昂貴的整體材料所起的作用，同時極大的降低刀具的成本，從而達到提高硬質合金刀具的耐磨損性能、提高工件的加工質量、節約資源和能源的目的。幾十年來涂層技術在切削刀具中的應用最具代表性，雖然由于刀具材料的改進及新刀具材料的開發，使切削速度及切削加工生產率成幾倍甚至幾十倍的增加，然而，隨著各個領域技術的發展，現代工程材料的開發及使用日益增多(INTERNATIONAL?JOURNAL?Of?REFRACTORY?METALS?AND?HARD?MATERIALS24(2006)399-404。)。自動機床、數控機床加工中心的迅速普及，柔性制造單元和系統的發展，使機械加工向著高速度、高精度、高效率和柔性化方面發展，對刀具提出了許多新的要求。所以作為二元硬質涂層代表的TiN、ZrN涂層已經難以滿足現代工業的需要。因此，研究和開發新刀具涂層材料，使其具有優良的綜合機械性能是一項極其重要的任務。

在二元體系摻雜新元素，以形成多元復合涂層材料，使涂層具有較高的硬度、抗氧化能力、熱硬性、耐腐蝕性、耐磨損性等特性。這是在新型涂層材料設計過程通常使用的方法。新元素的摻雜還能降低涂層內應力、提高涂層韌性、阻止裂紋擴展，提高涂層物理和化學穩定性。可以根據不同的需要添加第三組員賦予二元涂層新的特性。根據TiN系列涂層總結各種元素摻雜在涂層中作用為：Si、Cr和Y提高抗氧化能力，Zr、V、C、Hf、Si提高耐摩擦磨損能力，Nb、Ni、W、Zr和Si提高硬度，B、Hf提高涂層結合力，Hf、Si提高熱穩定性，Al提高涂層高溫性能。可見Si元素的摻入可以提高涂層的多種性能，因此開發具優良性能ZrSiN涂層，并將逐步的取代傳統二元涂層，已成為目前硬質涂層研究領域的熱點之一。

以往文獻中提到關于ZrSiN涂層的制備方法大致分兩種：1.化學氣相沉積法(JOURNAL?VACUUM?SCIENCE?TECHNOLOGY20(2002)823-828。)，Si元素由四甲基硅烷引入。2.磁控濺射法(SURFACE?AND?COATINGS?TECHNOLOGY180-181(2004)352-256。)，在氮氣氣氛中通過氬離子轟擊嵌入硅片的鋯靶將Si元素摻入ZrN涂層中形成ZrSiN涂層。化學氣相沉積法制備涂層的顆粒較大，性能也不及磁控濺射等物理氣相沉積法制備的涂層，而且對環境也有一定的影響。相對于化學氣相沉積，磁控濺射涂層粒子是采用陰極濺射方式得到的原子態粒子，攜帶從靶面獲得的能量到達工件，形成細小核心，膜層組織細密(SURFACE?AND?COATINGS?TECHNOLOGY174-175(2003)240-245；SCRIPTA?MATERIALIA51(2004)715-719。)，涂層性能優良。但是合金靶成本較高，且不易精確控制涂層中的Si元素含量。因此需要開發更加合理的方法制備高性能ZrSiN涂層。

發明內容

本發明的目的旨在提供一種在硬質合金基體表面制備納米結構硬質涂層的方法。

所述一種在硬質合金基體表面制備納米結構硬質涂層的方法，其步驟如下：

1)將硬質合金基體依次研磨，拋光，超聲清洗，離子源清洗；

2)預濺射；

3)濺射沉積，完成在硬質合金基體表面制備納米結構硬質涂層。