[發明專利]鉻鋁鈦氮合金涂層及制備方法

有效

• 申請號: 201810253112.6
• 申請日: 2018-03-26
• 公開（公告）號: CN108517492B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 米文博;劉國柱
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/35;C23C14/54
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 王麗

本發明專利涉及一種鉻鋁鈦氮合金涂層及制備方法；基底為單面拋光的GH3128高溫合金基底，基底厚度為1.5mm，基底面積為10mm×10mm，鉻鋁鈦氮合金涂層厚度為1.2μm。本發明從工業化生產角度和實際應用角度出發，利用對向靶磁控濺射法制備表面厚度均一、晶粒尺寸均一、薄膜與基底緊密結合、工藝重復性好的鉻鋁鈦氮合金涂層；在濺射電流為0.25A、濺射電壓為500V、基底溫度為250℃、N：Al：Cr：Ti原子比為4：3：2：2時，制備的鉻鋁鈦氮合金涂層表面厚度均一并且具有最好的平整度。能夠非常好的覆蓋試件，避免試件表面金屬對結焦形成起到促進作用；在工業化生產上具有明顯優勢。

技術領域

本發明專利涉及一種鉻鋁鈦氮合金涂層及制備方法。

背景技術

在刀具和機械零件上包裹一層硬質合金涂層已成為近二十年來制造業的一種常見做法。由于硬質合金不但具有超高的硬度，還具有化學穩定性好、耐熱性高等優點，因此與沒有硬質合金圖層的刀具、零件相比，具有明顯的優勢，大大提高了其工作效率和使用壽命。常見的硬質合金主要是在傳統的二元氮化物涂層如TiN中添加合金元素如Al、Cr、Zr、V等，形成新的多元涂層。這種新的多元氮化物合金涂層大大地改善了二元氮化物涂層的硬度、耐磨損性和熱穩定性。大量的研究表明在TiN中摻入Al可以顯著加強其耐熱性，而摻入Cr則可以明顯加強其韌性。多元合金涂層具有硬度高、耐磨損、耐高溫、耐腐蝕性好、表面厚度均一等優點，是一種優異的表面改性膜層，在機械制造、汽車工業、模具工業、航空航天等領域具有的良好的應用前景。

目前硬質合金涂層的制備方法主要有噴涂、真空蒸鍍、化學氣相沉積和一般磁控濺射等方法，但是由于對薄膜生長過程中基底溫度、各元素比例的控制不到位，導致晶粒生長過快或過慢，以至于所制備的薄膜表面平整度、晶粒尺寸不均一、薄膜與基底之間結合不好、工藝重復性低，在其應用過程中會出現容易脫落、覆蓋不均勻等問題。

發明內容

從工業化生產角度看，為了節約制備成本，需要使用磁控濺射法來制備薄膜樣品；從實際應用角度看，需要制備的樣品要表面厚度均一、晶粒尺寸均一、薄膜與基底緊密結合、工藝重復性好，從而表現出優異的物理性質。本發明即從以上兩個目的出發，開發了對向靶磁控濺射法制備鉻鋁鈦氮合金涂層，并且涂層的表面厚度均一、晶粒尺寸均一、薄膜與基底緊密結合，可以良好地覆蓋試件。

本發明通過大量的實驗研究，包括改變實驗過程中的濺射電流、濺射電壓、濺射氣壓、基底溫度、涂層中個金屬元素的比例等，在GH3128高溫合金基底上制備了鉻鋁鈦氮合金涂層。最后發現只有在濺射電流為0.25A、濺射電壓為500V、基底溫度為250℃、N：Al：Cr：Ti原子比為4：3：2：2時，所制備的鉻鋁鈦氮合金涂層表面厚度均一并且具有最好的平整度。

本發明在制備鉻鋁鈦氮合金涂層時，所采用的基底為單面拋光的GH3128高溫合金基底，厚度為1.5mm，面積為10mm×10mm。

本發明提供了一種鉻鋁鈦氮合金涂層。

本發明提供了一種基底為單面拋光的GH3128高溫合金基底，基底層厚度為1.5mm，基底面積為10mm×10mm；涂層厚度為1.2μm。

本發明的鉻鋁鈦氮合金涂層的制備方法，步驟如下：

1)采用超高真空對向靶磁控濺射鍍膜機，在對向的靶頭上安裝一對純度為99.9％的Cr₂Al₃Ti₂的合金靶，一頭作為磁力線的N極，另一頭為S極；靶材的厚度為4mm，直徑為60mm；兩個靶之間的距離為80mm，靶的軸線與樣品架之間的距離為80mm；

2)將基底材料通過超聲波的方式將表面雜質清除后，將基底安裝在對向靶連線的中垂線上；

3)開啟對向靶磁控濺射設備，先后啟動一級機械泵和二級分子泵抽真空，直至濺射室的背底真空度≤2×10^–5Pa；