[發明專利]一種TiB2/AlTiN復合涂層及其制備方法與應用

在審

• 申請號: 201710340294.6
• 申請日: 2017-05-15
• 公開（公告）號: CN107190243A
• 公開（公告）日: 2017-09-22
• 發明（設計）人: 代偉;高翔;王啟民;劉凡;費加喜
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所44329
• 代理人: 楊曉松

技術領域

本發明屬于表面防護相關涂層材料技術領域，更具體地，涉及一種TiB₂/AlTiN復合涂層及其制備方法與應用。

背景技術

隨著社會的發展和工業技術的進步，工業領域對材料的性能提出了越來越高的要求，在很多工程應用場合要求材料具有優異的綜合性能；不僅要求其具有高的硬度、耐腐蝕性能，還要求其具有低的摩擦系數、良好的高溫穩定性等。為滿足日益復雜多樣的工程需求，在材料表面涂覆一層硬質涂層，以提高材料的綜合性能的保護性涂層應運而生。硬質涂層能改善材料的表面性能，減少與工件的摩擦和磨損，有效的提高材料表面硬度、韌性、耐磨性和高溫穩定性，大幅度提高涂層產品的使用壽命。硬質涂層是提高材料表面性能的一種經濟實用的手段，目前在機械加工，特別是在金屬切削中占有重要的地位。其發展適應了現代制造業對金屬切削刀具的高技術要求，引起了刀具材料和性能的巨變，可被廣泛應用于機械制造、汽車工業、紡織工業、地質鉆探、模具工業、航空航天等領域。

二硼化鈦(TiB₂)作為過渡族金屬硼化物，具有高硬度、高熔點、高的耐磨性和耐腐蝕性、良好的電導率和熱導率、化學穩定性優良等一系列優異的理化性能，是一種具有優良的結構性能和功能性能的先進陶瓷材料。然而由于TiB₂涂層韌性較差、抗高溫氧化性能不夠理想，限制了其在刀具切削領域的應用。因此，如何在保持TiB₂優異性能的同時，降低其殘余應力和熱導率，提高其抗沖擊韌性，獲得硬度高、韌性好、附著力強、縱向熱導率低等綜合性能優的TiB₂涂層是一個重要的科學問題。

發明內容

本發明的目的是為了克服現有技術的缺陷，提供一種TiB_2/AlTiN復合涂層，該復合涂層具有高硬度、高耐摩擦性能、低應力、良好韌性和抗高溫氧化性能及各向異性熱導率等綜合特性優異。

本發明的另一目的是提供一種上述TiB₂/AlTiN復合涂層的制備方法。

本發明的再一目的是提供上述TiB₂/AlTiN復合涂層的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案予以實現：

一種TiB₂/AlTiN復合涂層，所述TiB₂/AlTiN復合涂層是以TiB₂陶瓷靶和AlTi濺射靶為原料，通過多靶磁控濺射在基體上濺射沉積形成交替的TiB₂層和AlTiN層。

優選地，所述基體為單晶硅片、玻璃、高速鋼或硬質合金。

優選地，所述TiB₂/AlTiN復合涂層的層數為10～100層，所述AlTiN層和TiB₂層的調制周期厚度為0.1～1μm。

上述TiB₂/AlTiN復合涂層的制備方法，包括如下具體步驟：

S1.清洗基體：將經拋光處理后的基體送入超聲波清洗機，依次用丙酮、無水乙醇以15～30kHz分別進行超聲清洗10～20min，然后用去離子水漂洗，再用純度≥99.5％的普氮吹干；

S2.抽真空和離子束刻蝕清洗鍍膜腔體：將超聲清洗后的基體置于真空室的工件支架上，抽至真空度5.0×10^-3～8.0×10^-4Pa，隨后開啟離子源，向離子源通入80～100sccm氬氣，設置離子源的功率為0.9kW，設置工件支架的偏壓為-300～-500V，刻蝕清洗過程持續20～30min；

S3.離子束刻蝕基體：將基體至于離子源前方，設置偏壓為-300～-500V，工作時間為15～20min；