[發明專利]一種AlTiSiN-AlCrSiN納米晶-非晶多層復合超硬強韌涂層材料及制備方法

在審

• 申請號: 201410483296.7
• 申請日: 2014-09-22
• 公開（公告）號: CN104213075A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 楊兵;萬強;陳燕鳴;丁輝
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/16;C23C14/02;C23C14/32
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 張火春

1.一種AlTiSiN-AlCrSiN納米晶-非晶多層復合超硬強韌涂層，其特征在于：所述多層復合超硬強韌涂層包括結合層、過渡層、硬化層、支撐層以及耐高溫強韌耐磨層，其中結合層為Cr層，過渡層為CrN過渡金屬陶瓷層，硬化層為AlCrSiN/CrN納米晶復合層，支撐層為AlTiSiN/CrN納米晶多層復合層，耐高溫強韌耐磨層為AlTiSiN-AlCrSiN納米晶-非晶多層結構涂層。

2.如權利要求1所述的AlTiSiN-AlCrSiN納米晶-非晶多層復合超硬強韌涂層，其特征在于：所述多層復合超硬強韌涂層的涂層總厚度為2-13.5微米，其中結合層厚度為5-200納米，過渡層厚度為10-300納米，硬化層厚度為200-1500納米，支撐層厚度為200-1500納米，耐高溫強韌耐磨層厚度為0.2-10微米。

3.如權利要求1所述的AlTiSiN-AlCrSiN納米晶-非晶多層復合超硬強韌涂層，其特征在于：（1）所述硬化層為AlCrSiN和CrN交替構成的復合層，其中單層AlCrSiN納米層厚度為1-20納米，單層CrN層厚度為1-30納米；

?(2)?所述支撐層為AlTiSiN和CrN交替構成的復合層，其中單層AlTiSiN納米層厚度為1-20納米，單層CrN層厚度為1-30納米；

（3）所述耐高溫強韌耐磨層為AlTiSiN和AlCrSiN交替構成的復合層，其中單層AlTiSiN納米層厚度為2-15納米，單層AlCrSiN層厚度為2-10納米。

4.如權利要求1所述的AlTiSiN-AlCrSiN納米晶-非晶多層復合超硬強韌涂層，其特征在于：所述硬化層、支撐層和耐高溫強韌耐磨層中的AlTiSiN和AlCrSiN層中硅含量均在1at.%到15at.%之間；且AlTiSiN層中AlTiN納米晶直徑為5-15納米，Si₃N₄非晶層厚度為0.1-2納米，AlCrSiN層中AlCrN納米晶直徑為5-15納米，Si₃N₄非晶層厚度為0.1-2納米。

5.一種制備如權利要求1所述的AlTiSiN-AlCrSiN納米晶-非晶多層復合超硬強韌涂層的方法，其特征在于：采用弧光離子源對經過化學清洗的基體進行刻蝕清洗，然后采用電弧離子鍍方法沉積結合層、過渡層、硬化層、支撐層以及超硬強韌耐高溫耐磨層，步驟如下：

（1）在100－450℃、氬氣環境下，對經過化學清洗的基體經過弧光等離子體刻蝕后，在0.02-0.2Pa，－800V到-1000V條件沉積5-200納米厚的過渡金屬Cr結合層；

（2）在0.1-2.3Pa，－20V到－300V條件沉積10-300納米厚的CrN層；

（3）在0.5-8Pa氣壓,－50V到－300V偏壓條件下沉積200-1500納米AlCrSiN/CrN硬化層；

（4）在0.5-8Pa氣壓,－50V到－300V偏壓條件下沉積200-1500納米AlTiSiN/CrN支撐層；最后在0.5-10Pa氣壓,－20V到－300V偏壓條件下沉積0.2-10微米AlTiSiN-AlCrSiN耐高溫強韌耐磨層，涂層總厚度在控制在2-13.5微米，制備結束后自然冷卻，得到AlTiSiN-AlCrSiN納米晶-非晶多層復合超硬耐高溫強韌耐磨層。

6.如權利要求5所述的制備AlTiSiN-AlCrSiN納米晶-非晶多層復合超硬強韌涂層的方法，其特征在于：所述AlTiSiN和AlCrSiN層中硅含量分別在1at.%到15at.%之間。

7.如權利要求5所述的制備AlTiSiN-AlCrSiN納米晶-非晶多層復合超硬強韌涂層的方法，其特征在于：所述基體為高速鋼和硬質合金刀具或模具。