[發(fā)明專利]一種TiSiNiN納米復(fù)合涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611153025.0
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN106702338B
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李偉;劉平;杜浩明;張柯;馬鳳倉;劉新寬;陳小紅;何代華
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

本發(fā)明提供了一種TiSiNiN納米復(fù)合涂層，是一種由界面相包裹TiN納米晶粒的復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述的界面相由化合物Si₃N₄和金屬Ni兩相組成。本發(fā)明還提供了上述涂層的制備方法，先對基體進行清洗，然后采用多靶磁控濺射儀，利用TiSiNi復(fù)合靶材在基體上進行磁控濺射反應(yīng)沉積，所述TiSiNi復(fù)合靶材中，按原子比計算，Ti為80%，Si和Ni的總原子量為20%。該TiSiNiN納米復(fù)合涂層的最高硬度為可達48.643GPa，可用在干式、高速切削加工刀具以及在摩擦磨損條件服役的部件表面，從而提高刀具及部件表面性能和使用壽命。本發(fā)明的制備方法具有工藝簡單、沉積速度快、成本低、結(jié)合強度高等優(yōu)點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料學(xué)領(lǐng)域，涉及一種硬質(zhì)保護涂層，具體來說是一種TiSiNiN納米復(fù)合涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著社會的進步和科技的發(fā)展，材料表面性能要求越來越高，高硬度、耐磨、耐腐蝕性，耐高溫性能等種種指標是衡量當今刀具性能的重要指標，為滿足越來越高的工程需要，在材料表面涂覆一層硬質(zhì)涂層是提高材料表面性能的一種經(jīng)濟實用的有效途徑，硬質(zhì)涂層作為機械功能膜的一個重要分支，在機械加工工具中應(yīng)用很廣，特別是在金屬切削中占了主導(dǎo)地位。

最初，TiN涂層由于具有較高的硬度、耐磨性、耐腐蝕性以及良好的裝飾性等突出性能，而得到大家的普遍關(guān)注。其后，人們?yōu)榱诉M一步提高TiN涂層的硬度和高溫抗氧化性能，通過添加硅元素制備了TiSiN納米復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層，其性能得到了較大的提升。但是隨著目前切削技術(shù)逐漸向高速切削和干式切削方向發(fā)展，此類刀具涂層也已逐漸不能滿足現(xiàn)代切削技術(shù)的要求，因此迫切需要開發(fā)新型的保護性涂層材料。隨著納米科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展，納米復(fù)合涂層的進一步研究成為硬質(zhì)涂層材料的重要發(fā)展方向。所謂納米復(fù)合膜涂層是一種典型的用納米結(jié)構(gòu)進行強化的超硬涂層，該涂層是由界面相包裹基體相形成的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其致硬機理與其界面相包裹著納米晶的復(fù)合結(jié)構(gòu)有關(guān)。

整個膜層以TiN等軸納米晶為主體，Si₃N₄作為界面相包裹在TiN納米晶四周。由于TiN納米晶內(nèi)不含位錯，難以變形，產(chǎn)生于低強度的Si₃N₄界面相中的微裂紋則由于受到TiN納米晶的阻擋而難以擴展，使得納米復(fù)合膜的硬度獲得提高。基于此，納米復(fù)合涂層是新型保護型硬質(zhì)涂層的重要發(fā)展方向。

通過查文獻得知，界面相為金屬與化合物的TiSiNiN納米復(fù)合涂層目前在國內(nèi)尚未有人進行系統(tǒng)性的研究，對于界面相多元化對納米復(fù)合膜硬度和微觀結(jié)構(gòu)的影響也是較新的研究領(lǐng)域之一。而以TiSiN為基體的納米復(fù)合膜涂層目前已經(jīng)通過多種方法成功制得，取得不少有益的成果。通過查詢，檢索到如下有關(guān)制備以TiSiN為基體的納米復(fù)合涂層的中國專利：

申請?zhí)枮?01010510348.7的專利涉及了一種硬質(zhì)涂層，該硬質(zhì)涂層包括一納米復(fù)合層，該納米復(fù)合層包括若干TiN層和若干SiCN層，所述TiN層和SiCN層交替排布。本發(fā)明還提供一種具有該硬質(zhì)涂層的被覆件以及該被覆件的制備方法。本發(fā)明的硬質(zhì)涂層硬度高，具有較好的耐磨性能和高溫抗氧化性能。