[發(fā)明專利]一種兩相復合納米涂層

在審

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• 申請日: 2017-03-04
• 公開（公告）號: CN107227440A
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發(fā)明（設計）人: 劉和勇
• 申請（專利權）人: 安徽智聯(lián)投資集團有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/34;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳茂達智聯(lián)知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙)44394
• 代理人: 胡慧

技術領域

本發(fā)明涉及涂層領域，尤其涉及一種在機床刀具上使用的復合涂層，屬于機械領域。

背景技術

硬質(zhì)涂層主要是通過氣相沉積方法，在刀具基體上沉積的高硬度耐磨防護涂層。目前，硬質(zhì)涂層已廣泛應用于鉆頭、絲錐、立銑刀、鉸刀、可轉位銑刀片、焊接刀具等的防護處理，以及模具、耐磨機械零部件等的表面處理領域。通常，這類涂層具有極高硬度、極高耐磨性，結合刀具基體的高強度、高韌性等優(yōu)點，涂層處理可顯著提高刀具的耐磨性而不降低其韌性，賦予刀具優(yōu)異的綜合機械性能，進而延長切削刀具使用壽命，大幅提高機械加工效率。此外，硬質(zhì)涂層涂覆于零部件可以有效地降低各零部件的機械磨損及高溫氧化傾向，從而延長機械零部件的使用壽命，這些良好的綜合性能使得硬質(zhì)涂層在工業(yè)材料尤其是刀具材料中有著重要的應用前景。

刀具涂層技術較好地解決了刀具材料硬度和耐磨性越高而韌性和強度越差的矛盾，大大提高了切削刀具的耐用度、適用性和工作效率。自涂層刀具被應用以來，刀具涂層技術取得了飛快的發(fā)展，涂層種類也越來越多。TiC和TiN體系是使用最多的刀具涂層材料。TiC涂層硬度高，但脆性大，不耐沖擊，使用溫度不能超過500℃。TiN韌性好，使用溫度可達到600℃，也是目前工藝最為成熟和應用最為廣泛的刀具涂層材料，但硬度低。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述問題，本發(fā)明設計了一種兩相復合納米涂層，以達到提高硬質(zhì)涂層的硬度和韌性的發(fā)明目的。

為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術方案如下：

本發(fā)明提供了一種兩相復合納米涂層，所述兩相分別為金屬相和陶瓷相，陶瓷相為納米結構，金屬相包圍在陶瓷相納米周圍，形成網(wǎng)絡結構；其中陶瓷相為納米TiC或TiN；所述金屬相為Ti、Cu、或Ni；

本發(fā)明還提供了制備上述兩相復合納米涂層的方法,采用多靶位、靶材基座能旋轉選擇工作靶材的濺射設備；

襯底采用單晶硅片；先對襯底進行處理，將襯底分別在丙酮和乙醇中各超聲清洗20min，烘干；

將襯底固定于濺射設備的樣品架上置于濺射靶前，安裝靶材在靶位上，靶材包括金屬靶及合金靶，分別安裝在靶座的在不同的靶位上；靶基距為16cm；腔體溫度加熱至300℃，抽真空至4.0×10^-3Pa以下，通入氣壓為1.0Pa的Ar氣，基體偏壓-350V，對襯底進行輝光刻蝕25min；

開啟高功率脈沖電源，通入Ar氣20sccm，保持腔體氣壓0.35Pa，調(diào)整偏壓-50--300V，頻率為350kHz，旋轉靶座，靶座旋轉速率為2r/min，使得金屬靶及合金靶輪流在濺射位；采用脈沖濺射，脈沖電壓700V，脈寬180μs，頻率100Hz，靶功率850W；沉積時間為100-150min，膜層厚度800-1000nm。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明提供的兩相復合納米涂層，其金屬相為軟相，包圍硬相陶瓷相納米結構形成網(wǎng)絡的微觀結構的設計使得本涂層綜合涂層致密、具有良好的韌性和硬度的優(yōu)點，從而達到高硬度、高韌性、高耐磨的涂層優(yōu)點。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明的進一步說明。采用的沉積系統(tǒng)為的腔體尺寸：Φ800×800mm；真空可低于1×10^-5torr；加熱溫度可達500℃；氣體流量0-100sccm；濺射靶基座：：可承載至少2個濺射靶材的轉盤，可旋轉。

實施例1

襯底采用單晶硅片、玻璃片、鋼片；對襯底進行處理，將襯底分別在丙酮和乙醇中各超聲清洗20min，烘干；

將襯底固定于濺射設備的樣品架上置于濺射靶前，金屬靶材為Ti靶，合金靶靶為TiC，靶基距為16cm；腔體溫度加熱至300℃，抽真空至4.0×10^-3Pa以下，通入氣壓為1.0Pa的Ar氣，基體偏壓-350V，對襯底進行輝光刻蝕25min；

開啟高功率脈沖電源，通入Ar氣20sccm，保持腔體氣壓0.35Pa，調(diào)整偏壓-50--300V，頻率為350kHz，旋轉靶座，靶座旋轉速率為2r/min，使得金屬靶及合金靶輪流在濺射位；采用脈沖濺射，脈沖電壓700V，脈寬180μs，頻率100Hz，靶功率850W；沉積時間為100-150min，膜層厚度800-1000nm。Ti金屬的質(zhì)量含量約為18%。

實施例2

襯底采用硅片；對襯底進行處理，將襯底分別在丙酮和乙醇中各超聲清洗20min，烘干；