[發明專利]多元復合涂層的制備系統及其方法

在審

• 申請號: 201410568141.3
• 申請日: 2014-10-22
• 公開（公告）號: CN105316631A
• 公開（公告）日: 2016-02-10
• 發明（設計）人: 陳成;張賀勇;屈建國
• 申請（專利權）人: 深圳市金洲精工科技股份有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明涉及復合涂層制備的技術領域，尤其涉及多元復合涂層的制備系統及其方法。

背景技術

據統計，現代機加工中，主要刀具材料是高速鋼和硬質合金，占刀具總量的97％～98％，其中，涂層高速鋼和涂層硬質合金的刀具所占比例逐年增加，未涂層刀具所占比例逐年下降，所以涂層刀具是當今國內外機加工主要發展的刀具之一，具有很大的發展前景。

TiN、TiC和A1₂O₃是使用最早的硬涂層材料，后來結合TiC和TiN兩種材料優點，發展成TiCN涂層；然后又引入Al、Cr等金屬元素，開發出AlTiN、AlCrN等二元合金涂層，并成功在市場上大批量使用；但隨著現代加工技術的發展，對涂層的要求也越高，一元或者二元合金涂層已經不能滿足刀具要求，需要獲得強度硬度更高、紅硬性更好、耐氧化性更強的涂層。因此，在二元合金涂層的基礎上，進一步添加金屬元素或者非金屬元素，制備三元或者四元的復合涂層，可以顯著提升涂層的性能。

涂層行業采用純金屬靶材、鑲嵌靶材和合金靶材制備涂層。其中，合金靶材的制造成本很高，鑲嵌靶材成本較高，而純金屬靶材的制造成本最低。而多元復合涂層一般采用合金靶材或者鑲嵌靶材制備。合金靶材采用熔煉法或者粉末冶金的辦法制備，這兩種辦法均有不足之處，冶金法在熔煉的過程中容易產生成分偏析、氣泡等缺陷，使得這類合金靶材的成分不均勻，且有雜質，而粉末冶金法制備的靶材是先將不同元素的金屬粉末進行配比，然后采用球磨機這些粉末混合均勻，并經過壓制燒結，形成合金靶材，靶材內部容易存在粉末偏聚、分布不均以及孔洞、不致密等缺陷。

合金靶材采用多種元素組成，不同元素的熔點不一致，當合金靶材起弧后，熔點低的靶材容易熔化，形成液滴，不僅很難制備出與靶材成分比例一致的涂層產品，也因為液滴的產生而降低刀具的表面光潔度；另外合金靶材的制造成本高，特別是三元或者四元合金靶材，靶材成本顯著增加，涂層企業難以承受。

鑲嵌靶材是將塊狀的純金屬靶材鑲嵌在另一純金屬靶材中，通過控制鑲嵌比例來控制涂層成分，雖然該辦法的制造成本相對較低，但是由于各種元素沒有均勻混合，制備的涂層成分不均勻，也困擾著該技術的運用。由于鑲嵌靶材激發后，等離子體中各元素的含量與弧斑的運動位置相關，而弧斑運動位置與靶材的成分、形貌以及磁場相關，受多種因素的影響，弧斑的運動軌跡很難控制，因而采用鑲嵌靶材制備的涂層，其成分存在波動。

發明內容

本發明的目的在于提供多元復合涂層的制備系統及其方法，旨在解決現有技術中，采用合金靶材和鑲嵌靶材制備多元復合涂層存在成分不均勻、性能不穩定，且生產成本較高的問題。

本發明是這樣實現的，一種多元復合涂層的制備系統，包括：多個弧源，用于對多種靶材分別起弧對應產生多種等離子體，并使多種所述等離子體運動；磁場管道，用于通過磁場約束并均勻混合多種所述等離子體，并使其同時到達待加工基體的表面，該磁場管道的一端與對應的弧源連通；真空腔室，與磁場管道另一端連通，且所述待加工基體設置于所述真空腔室內，多種所述等離子體進入所述真空腔室內在偏壓作用下撞擊所述待加工基體表面形成多元涂層。

在一個實施例中，所述真空腔室為球形的腔體結構，多個所述弧源分布于所述真空腔室外壁上并與其連通。

優選地，多個所述弧源的中心線相交形成有夾角，且相鄰的兩個所述弧源的中心線所形成的夾角大于0°且小于90°。

優選地，所述靶材為純金屬靶材，且各個所述弧源上對應安裝有不同元素的純金屬靶材。

進一步地，所述磁場管道的外壁纏繞有磁感應線圈，磁感應線圈通電產生磁場，所述磁場約束并均勻混合所述等離子體并使其同時到達待加工基體表面。

優選地，所述待加工基體為刀具。

本發明提出的多元復合涂層的制備系統，通過采用磁場混合技術，將多個純金屬靶材產生的等離子體進行均勻混合，并將這些等離子體加速撞擊待加工基體表面形成多元合金涂層，實現了在低成本下制備性能穩定、成分均勻的涂層的目的。

本發明還提出了一種多元復合涂層的制備方法，包括步驟：

S100，將刀具基體進行超聲波清洗，去除刀具基體表面的污染物；

S200，采用上述權利要求1～6任一項所述多元復合涂層的制備系統對刀具基體進行濺射清洗，去除吸附在刀具基體表面的微量雜質；

S300，采用多元復合涂層的制備系統對刀具基體進行多元復合涂層的制備。

在一實施例中，所述步驟S100包括：