[發明專利]一種高硬度和高耐磨的TiAlN/W2

有效

• 申請號: 201810249865.X
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108517487B
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 蘇峰華;徐星
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/06;C23C14/32;C23C14/35;C23C28/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;馮振寧

本發明公開了一種高硬度和高耐磨的TiAlN/W₂N多層涂層及其制備方法。該TiAlN/W₂N多層涂層是利用多靶先后濺射的方式，沉積TiN過渡層以及交替濺射沉積TiAlN層和W₂N層在基體上，靠近基體的兩層依次為TiN過渡層和TiAlN層，最上層為W₂N層。所述TiAlN/W₂N多層涂層總厚度為2.5~3.5μm，每一層TiAlN層的厚度50~210 nm，每一層W₂N涂層的厚度40~160 nm，總的周期層數為10~50層。其制備方法包括清洗基體、沉積TiN過渡層和交替濺射沉積TiAlN及W₂N層。該TiAlN/W₂N多層涂層的硬度高、耐磨性能好，涂層單層厚度容易控制且可控范圍大，工藝簡單。

技術領域

本發明涉及硬質保護涂層領域，具體涉及一種高硬度和高耐磨的 TiAlN/W₂N多層涂層及其制備方法。

背景技術

隨著社會和科技的不斷發展，人們對材料的需求量越來越大，同時對其性能要求也越來越高。在切削加工這一領域，對刀具表面進行強化也是目前的發展趨勢，在刀具表面涂覆一層硬質涂層是強化刀具的手段之一，這樣可以提高刀具表面的硬度、耐磨耐蝕性能，減少刀具表面的磨損，大幅度提高刀具的使用壽命。TiN作為第一代硬質涂層，人們已經進行了大量研究，并且在工業生產中得到廣泛應用。但是日益惡劣的服役環境，使得TiN硬質涂層的性能已經不能滿足工業需求，發展多元、多層涂層也已經成為獲得高性能涂層的重點方向。

所謂多層涂層指的是兩種或多種結構或成分不同的材料在垂直于基體方向交替生長形成的二維多層材料，這種多層材料能夠將不同結構或成分涂層的性能結合起來，發揮各個層的優勢。

TiAlN以其高硬度、高熔點和抗氧化性好等優良性能被廣泛研究使用。Al 原子替代具有立方結構的TiAlN中的Ti原子，占據Ti原子的晶格，形成(Ti， Al)N固溶體強化涂層，使得TiAlN涂層具有比二元涂層TiN更優的性能。近年來，W₂N涂層也以其高熔點、高硬度以及高導電性等優良性能吸引廣泛關注。目前，TiAlN涂層能夠和很多涂層結合形成高硬度、高耐磨性等具有優良性能的多層涂層。將TiAlN涂層與W₂N涂層結合起來形成TiAlN/W₂N多層涂層具有潛在的應用價值。

通過查文獻得知，目前關于TiAlN的多層涂層有TiAlN/MoN，TiAlN/CrN， TiAlN/SiO₂等，通過查詢，檢索到有如下關于制備有關TiAlN多層涂層的中國專利：

申請號為CN201610130391.8申請了一種具有高硬度和優良抗氧化性能的 TiAlN/MoN多層涂層，所制備的多層涂層還具有自潤滑性以及較好的結合強度。所制備的TiAlN/MoN多層涂層從下至上依次為金屬結合層、過渡層以及 TiAlN/MoN復合涂層，其中金屬結合層為TiAl或Mo，過渡層為TiAlN或者 MoN。

申請號為CN201110341948.X申請了一種高硬度高彈性模量的TiAlN/SiO₂多層涂層，所制備的多層涂層還具有一定的抗高溫氧化能力，主要應用在干式、高速切削加工刀具表面。

申請號為CN201410436427.6申請了一種自硬化的TiAlN/CrAlN多層涂層刀具，同時該多層涂層還具有優異的熱穩定性以及高溫抗氧化性。

發明內容

針對目前生產實踐中存在的問題，本發明提供了一種高硬度和高耐磨的 TiAlN/W₂N多層涂層及其制備方法，該TiAlN/W₂N多層涂層除具有高硬度和高耐磨性能外，還具有良好的附著力，能夠很好地提高工具、刀具的使用性能。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現。