[發(fā)明專利]多元合金復(fù)合薄膜制備設(shè)備和制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710305293.8
• 申請(qǐng)日: 2017-05-03
• 公開（公告）號(hào): CN107130213B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙海波;梁紅櫻;董騏;杜建;鮮廣;但秦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都真銳科技涂層技術(shù)有限公司;四川大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/26
• 分類號(hào): C23C14/26;C23C14/32;C23C14/35;C23C14/06;C23C14/18;C23C28/00
• 代理公司: 成都虹橋?qū)＠聞?wù)所(普通合伙) 51124
• 代理人: 張競(jìng)

本發(fā)明公開一種多元合金復(fù)合薄膜制備設(shè)備和制備方法，尤其是一種涉及納米涂層技術(shù)領(lǐng)域的多元合金復(fù)合薄膜制備設(shè)備和制備方法。本發(fā)明提供一種可顯著提高所鍍膜的切削刀具綜合性能的多元合金復(fù)合薄膜制備設(shè)備，包括加熱系統(tǒng)、供氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、真空室、載物架、升降機(jī)構(gòu)、坩堝蒸發(fā)源、磁控濺射源、陰極電弧源和電氣控制系統(tǒng)。本申請(qǐng)的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)陰極電弧離子鍍與磁控濺射的組合工藝，及真空蒸發(fā)鍍與磁控濺射相結(jié)合的二元蒸發(fā)源工藝，進(jìn)行多元合金復(fù)合薄膜的制備，準(zhǔn)確控制各類薄膜的組織結(jié)構(gòu)，從而得到高的硬度、低的內(nèi)應(yīng)力、高的結(jié)合力、低的粗糙度、良好的耐磨性等綜合性優(yōu)異的多元薄膜，且在制備過(guò)程中具有高的沉積速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種多元合金復(fù)合薄膜制備設(shè)備和制備方法，尤其是一種涉及納米涂層技術(shù)領(lǐng)域的多元合金復(fù)合薄膜制備設(shè)備和制備方法。

背景技術(shù)

制造業(yè)的發(fā)展離不開切削刀具，現(xiàn)代切削刀具已經(jīng)成為提升制造業(yè)技術(shù)水平的關(guān)鍵因素之一。高速、高效、智能和環(huán)保成為切削加工追求的目標(biāo)，高強(qiáng)度、高韌性材料以及高溫合金、鈦合金等難加工材料性能的不斷改進(jìn)，對(duì)切削刀具提出了更高要求?，F(xiàn)代切削技術(shù)涉及學(xué)科領(lǐng)域廣，其中刀具表面改性(涂層)技術(shù)是應(yīng)市場(chǎng)需求而發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代切削技術(shù)之一。目前已廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、能源、船舶、發(fā)電等行業(yè)，已成為制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

切削刀具除了應(yīng)具有良好的常溫力學(xué)性能，如強(qiáng)度、韌性、硬度外，對(duì)于高速切削、干切削、硬切削等而言，還應(yīng)具備優(yōu)異的熱性能，如抗化學(xué)親和性、擴(kuò)散、溶解、熱沖擊性能、高溫力學(xué)性能等。

涂層作為現(xiàn)代切削刀具表面改性技術(shù)的一種，其通過(guò)化學(xué)或物理的方法在刀具表面上獲得微、納米級(jí)的薄膜，并具有硬度高、潤(rùn)滑性好、高溫性能優(yōu)異等特點(diǎn)。對(duì)刀具進(jìn)行表面涂層處理，是提高切削刀具綜合性能的重要途徑和手段，可延長(zhǎng)刀具使用壽命、提高加工效率及加工精度，有助于高速切削、干切削、硬切削、精密切削加工的實(shí)現(xiàn)。

在高速加工或干式切削過(guò)程中，切削溫度成為影響涂層刀具使用壽命的主要原因，因此提高薄膜的高溫性能、保證涂層刀具的紅硬性成為近幾年P(guān)VD(Physical VaporDeposition)技術(shù)的開發(fā)熱點(diǎn)。提高TiAlN薄膜中Al的含量是改進(jìn)涂層性能行之有效的方法之一，隨著Al含量的增加，薄膜的硬度及高溫性能都在提高，但隨之帶來(lái)的卻是薄膜內(nèi)應(yīng)力的增加，韌性的下降及與鐵基材料親和性的增加，從而導(dǎo)致積屑瘤的產(chǎn)生。因此在實(shí)際應(yīng)用中，此類涂層刀具的綜合性能并未得到根本性的改變。從最新的發(fā)展來(lái)看，發(fā)展多元合金復(fù)合薄膜技術(shù)是十分必要的。硬質(zhì)薄膜綜合性能改善的基本途徑在于薄膜成分的多元化，利用不同元素各自的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)綜合性能指標(biāo)的良好匹配一直是多元、超硬膜發(fā)展的主要思路之一。通過(guò)改變薄膜材料成分來(lái)解決高速、高溫切削加工問(wèn)題，如在常規(guī)的TiN、TiAlN、AlCrN中加入Cr和Y可提高抗氧化性；加入Zr、V、B和Hf可提高抗磨損性；加入Si可提高硬度和抗化學(xué)擴(kuò)散性。

PVD最常用的技術(shù)可以分為三大類：真空蒸發(fā)鍍VE(Vacuum Evaporating)、磁控濺射MS(Magnetron Sputtering)、陰極電弧離子鍍AIP(Arc Ion Plating)。

真空蒸發(fā)鍍蒸發(fā)過(guò)程中，膜材的蒸發(fā)速率及其影響因素等與其飽和蒸氣壓密切相關(guān)。因此真空蒸發(fā)鍍技術(shù)受到材料性質(zhì)的制約，對(duì)于合金材料的蒸發(fā)會(huì)導(dǎo)致成分的偏析。

磁控濺射技術(shù)與陰極電弧離子鍍技術(shù)相比，沉積效率較低，原子的離化率也比較低，制備的薄膜組織中存在的應(yīng)力也較大，且磁控濺射的繞鍍性和結(jié)合力較差。

陰極電弧離子鍍，在薄膜制備過(guò)程中，由陰極弧源產(chǎn)生的一些金屬顆粒、大熔滴易夾在薄膜中或沉積到薄膜的表面，一方面會(huì)影響薄膜的致密性，降低薄膜的使用壽命，另一方面會(huì)導(dǎo)致薄膜表面粗糙；薄膜成分相對(duì)單一。

因此，現(xiàn)有技術(shù)單一的裝備技術(shù)難以滿足多種要求，其適應(yīng)性差，所制備的薄膜的綜合性能不高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)的多元合金復(fù)合薄膜的制備。

發(fā)明內(nèi)容