[發明專利]一種CrAlSiCON納米復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201810047051.8
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108179393B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 李燦民;陶滿;李亞軍;張勝利
• 申請（專利權）人: 合肥永信等離子技術有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/06;C23C14/02
• 代理公司: 合肥興東知識產權代理有限公司 34148
• 代理人: 王偉

本發明公開一種CrAlSiCON納米復合涂層及其制備方法，屬于真空鍍膜領域。所述涂層由內至外依次包括純Cr打底層、CrAlN過渡層和CrAlSiCON主功能層。該制備方法的步驟包括離子清洗；制備打底層；制備過渡層；制備主功能層等步驟。該方法采用等離子增強磁控濺射技術，可在高速鋼、硬質合金等材質的刀具、模具及核心零部件表面涂覆CrAlSiCON納米復合涂層，該涂層引入Cr、Al元素形成的氮/氧化物可以提供優異的高溫氧、耐腐蝕化性能；涂層引入的Si元素可以使涂層內部的納米晶顆粒更加細小，兼具高硬度和高韌性的特點，可有效延長工具的使用壽命；涂層引入的C元素可降低涂層的摩擦系數，使工具類工件具有更高的使用效率。該涂層尤其適用于高速干式切削的刃具和沖壓類模具上。

技術領域

本發明涉及真空鍍膜領域，具體地說是一種CrAlSiCON納米復合涂層及其制備方法。

背景技術

真空鍍膜技術被認定為環境友好型技術，它的鍍膜過程是在真空罐體中進行，無任何廢液排放，隨著國內外對環境的要求越來越苛刻，真空鍍膜技術取代電鍍化學鍍已大勢所趨。

除了應用于裝飾之外，真空鍍膜技術另一主要的應用方向為工具鍍，它對刀具、模具及核心零部件性能的改善及加工工藝的改進起到了至關重要的作用。TiN涂層因其具有較高的硬度，良好的外觀，較低的摩擦系數而得到廣泛應用，但在無切削液、高溫、腐蝕介質、加工高硬度材料等環境下工作，它已不能滿足要求。

目前，工業習慣上在TiN涂層中添加Cr、Al等元素來提高耐高溫、耐腐蝕性能，顯微硬度也有大幅度提高，可以達到HV3000以上，常見的有TiCrN，TiAlN，AlTiN等。近年來，對涂層中加入Si元素成為研究的重點，如工業化應用得較為成熟的古銅色TiSiN涂層，Si元素的加入可以使涂層中晶粒更加細小，兼具高硬度高韌性的特點。學者們通過在涂層中添加Cr、Al、Si、O等元素，使涂層在高溫環境下表面形成鈍化膜，硬度和韌性不會顯著下降，這已經成為涂層領域研究的發展方向之一。

發明內容

本發明的目的是提供一種CrAlSiCON納米復合涂層及其制備方法，該涂層采用等離子增強磁控濺射方法在刀具、模具及核心零部件表面制備CrAlSiCON納米復合涂層，可進一步提高涂層的耐高溫、耐腐蝕、低摩擦系數等技術性能指標，以滿足現代化更為苛刻的使用工況環境和使用壽命要求。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種CrAlSiCON納米復合涂層，其特點在于：所述涂層由內至外依次包括純Cr打底層、CrAlN過渡層和CrAlSiCON主功能層。

進一步，所述純Cr打底層厚度為0.1-0.2μm；所述CrAlN過渡層厚度為0.2-1μm；所述CrAlSiCON主功能層厚度為1-2μm。

進一步，所述CrAlN過渡層中，原子數百分比如下：

Cr:45％-50％；

Al:15％-20％；

N:35％-40％；

O:0％-2％。

進一步，所述CrAlSiCON主功能層中，原子數百分比如下：

Cr:22％-30％；

Al:10％-15％；

Si：5％-10％；

C：15％-25％；

N:25％-40％；

O:5％-15％。

本發明同時提供一種CrAlSiCON納米復合涂層的制備方法，其特點在于：包括如下步驟：

(1)離子清洗