[發(fā)明專利]一種低負偏壓高能Ar

有效

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• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108165925B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發(fā)明（設計）人: 蔡飛;方煒;張世宏;陳默含;張林;楊英
• 申請（專利權）人: 馬鞍山市安工大工業(yè)技術研究院有限公司
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/06;C23C14/32
• 代理公司: 34153 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 王林

本發(fā)明公開了一種低負偏壓高能Ar⁺刻蝕清洗改善AlTiSiN涂層性能的方法，將多弧離子鍍的真空爐抽真空，然后通入Ar氣并加熱至450℃，開啟清洗Ti靶，然后開啟陽極靶材，與清洗Ti靶構成正負極牽引電子運動，電子與Ar氣碰撞產(chǎn)生Ar⁺，控制負偏壓為?180V，吸引Ar⁺對基材表面進行離子轟擊，轟擊時間為30min；將AlTiSiN復合涂層沉積在處理后的基材上。本發(fā)明在低負偏壓條件下，僅通過高能Ar離子對基體進行刻蝕清洗，對于AlTiSiN涂層采用本發(fā)明的刻蝕清洗工藝可顯著提高膜基結合力，改善了涂層抗摩擦磨損性能和切削性能，使得涂層適用于苛刻的高速切削高硬度材料的環(huán)境，在刀具及表面防護領域具有重大的應用前景。

技術領域

本發(fā)明涉及一種鍍膜前對基材表面進行清洗的技術，尤其涉及的是一種低負偏壓高能Ar⁺刻蝕清洗改善AlTiSiN涂層性能的方法。

背景技術

硬質涂層在切削刀具上已經(jīng)得到了越來越廣泛的應用。有統(tǒng)計顯示，超過85％的硬質合金刀具表面進行涂層處理，并且這種比例在未來幾年內(nèi)還將不斷增加。同時，被加工工件以及環(huán)保問題對切削加工提出了更高的要求：更快的切削速度、更高的的工件表面質量以及切削過程中使用更少甚至無切削液使用。然而，不做涂層處理僅僅依靠硬質合金刀具本身難以滿足以上要求。因此，國內(nèi)外學者就刀具涂層設計以及涂層刀具切削理論進行了廣泛研究。理想的切削刀具涂層不但要求滿足高硬度、低摩擦系數(shù)和磨損率要求，還需滿足在高溫條件下具有高韌性、熱穩(wěn)定性和優(yōu)異的抗高溫氧化性能等要求。

刀具涂層材料經(jīng)歷了從第一代簡單二元涂層(TiN，TiC)，第二代三元或四元固溶涂層 (TiAlN，TiCN，TiAlCN等)，第三代多層或超晶格結構涂層(TiN/TiC/TiN多層， TiN/TiAlN/TiN多層，TiN/AlN超晶格等)直到第四代納米復合結構涂層(TiSiN，TiAlSiN 等)的發(fā)展。其中第四代納米復合結構涂層由nc-TiN或者nc-AlTiN鑲嵌在很薄的非晶基體 a-Si₃N₄中的一種復合結構涂層，這種涂層具有超高硬度(>40GPa)、高韌性、優(yōu)異的高溫穩(wěn)定性和熱硬性(>1000℃)以及高的抗氧化性，適應于高速加工難加工材料對刀具涂層的高硬度、高韌性、高耐磨性和高溫性能的要求。

在切削過程中，涂層刀具經(jīng)歷著力和熱載荷的交替變化。因此，刀具涂層除了具有較高的硬度和抗氧化性能之外，還需具有足夠的韌性和結合強度以抵抗涂層在切削過程中發(fā)生的剝落。研究表明，可通過在基體和涂層之間添加過渡層降低基體與涂層之間的硬度和熱膨脹系數(shù)差，以提高其結合強度。此外，還可對基體進行表面改性處理如活化、高能離子刻蝕清洗、噴丸處理等以改善涂層與基體的結合強度和性能。對高速鋼基材表面進行超聲納米改性 (ultrasonic nanocrystalline surface modification，UNSM)可顯著提高AlCrN涂層的摩擦性能。如對涂層表面進行Ar⁺轟擊，提高表面活性，改善涂層刀具的高速切削性能。再如通過離子源輔助陰極電弧離子鍍技術成功制備出(Ti：N)-DLC納米多層復合涂層。Ar⁺刻蝕技術能有效清潔基體表面的污物并能粗化基體表面表面產(chǎn)生有微觀的凹凸不平，以增強涂層與襯底的附著力。

目前的刀具涂層前處理主要是在高的基體負偏壓條件下(-800V～-1200V)利用金屬Ti 或者Cr離子直接對基體進行刻蝕，或者通入氬氣，利用Ar⁺與金屬離子共同對基體進行清洗。這種清洗的缺點是金屬離子易在刀具基體表面形成金屬液滴，或者需要較大的清洗負偏壓 (-800V～-1200V)，增加了對電源的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種低負偏壓高能Ar⁺刻蝕清洗改善 AlTiSiN涂層性能的方法，依靠高能Ar⁺對刀具基體進行前處理，從而提高AlTiSiN復合涂層刀具的切削壽命。