[發明專利]一種ZrNbAlN超晶格涂層及制備方法

有效

• 申請號: 201410198397.X
• 申請日: 2014-05-12
• 公開（公告）號: CN103938157A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 石永敬;萬新;潘復生;周安若;王聯;王純祥
• 申請（專利權）人: 重慶科技學院
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/35;B23B27/00
• 代理公司: 北京一格知識產權代理事務所(普通合伙) 11316
• 代理人: 劉佳

1.一種ZrNbAlN超晶格涂層，依次包含Zr粘附層、ZrN_x過渡層、ZrN支持層和依次由ZrN層、NbN層、ZrN層及AlN層交替構成的多層結構的表面耐磨層,其中，X為0至1。

2.如權利要求1所述的超晶格涂層，所述ZrN、NbN、AlN分別為Zr、Nb、Al的氮化物。

3.如權利要求1所述的超晶格涂層，其特征在于：粘附層厚度為50-100nm，過渡層厚度為50-100nm，支持層厚度為300-500nm，表面耐磨層厚度為3-5μm。

4.如權利要求1所述的超晶格涂層，其特征在于：表面耐磨層中,ZrN層、NbN層及AlN層的厚度均為3-5nm。

5.如權利要求1所述的超晶格涂層，其特征在于：所述ZrN層、NbN層及AlN層的晶粒粒徑均為3-5nm。

6.一種表面沉積ZrNbAlN超晶格涂層的刀具或工模具，包含刀具或工模具的基體和涂于其表面的如權利要求1-5任一項所述的ZrNbAlN超晶格涂層。

7.如權利要求6所述的刀具或工模具，所述的刀具或工模具的基體選自硬質合金和高速鋼。

8.如權利要求7所述的刀具或工模具，所述硬質合金選自鎢鈷硬質合金、鎢鈦鈷硬質合金和鎢鈦鉭鈮硬質合金，其中，合金晶粒度為300-500nm。

9.如權利要求7所述的刀具或工模具，所述高速鋼選自鎢系高速鋼、鎢鉬系高速鋼、高鉬系高速鋼、釩高速鋼和高鉬系高速鋼，其中，高速鋼晶粒度為300-500nm。

10.如權利要求7所述的刀具或工模具，所述硬質合金為超細晶硬質合金，晶粒度為300-500nm，所述高速鋼為超細晶高速鋼，其晶粒度為300-500nm。

11.一種制備權利要求6-10任一項所述的刀具或工模具的方法，包括以下步驟：

1)將硬質合金和高速鋼加工成刀具或工模具的基體；

2)將步驟1)的基體清洗使其表面清潔；

3)將清潔后的基底裝入閉合場非平衡磁控濺射系統內的旋轉樣品架上進行輝光等離子體清洗，所述系統有四個濺射陰極靶，包括兩個元素Zr靶、一個Al元素靶和一個Nb元素靶，系統所述為Ar等離子體環境，其真空腔內的Ar氣壓力小于0.1Pa,旋轉刀具或工模具；

4)將四個靶同時打開，并保持最小功率，濺射清洗時間約為5-15分鐘，在真空度小于0.1Pa情況下，襯底偏壓到-60～-100V，調高Zr靶功率，沉積Zr金屬粘附層；5)在真空度約0.1Pa情況下，襯底偏壓到-60～-100V，通入N₂氣，N₂的流量通過負反饋控制，OEM的值為50—60，沉積溫度為300-500℃，先后沉積ZrN_x過渡層和ZrN支持層；

6)調整真空腔內的壓力約0.1-0.2Pa，負反饋系統的光強約50—60，同時增高四個靶的功率，旋轉交替沉積ZrN/NbN/ZrN/AlN多層，沉積完成后，自然冷卻，制得表面沉積ZrNbAlN多層超晶格涂層的刀具或工模具。

12.根據權利11所述的方法，所述ZrN/NbN/ZrN/AlN多層，其調制波長通過刀具或工模具的轉速及濺射靶的功率來控制，所述轉速為3-8轉/分，調制波長為12-20nm。