[發明專利]電弧離子鍍-磁控濺射復合沉積高溫耐磨減摩AlTiN納米多層涂層及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810402723.2
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108690956B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 王啟民;張權;吳正濤;劉喆人;彭濱
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/35;C23C14/18;C23C14/06
• 代理公司: 廣東廣信君達律師事務所 44329
• 代理人: 張燕玲;楊曉松

1.一種電弧離子鍍-磁控濺射復合沉積高溫耐磨減摩AlTiN納米多層涂層，其特征在于：所述納米多層涂層由下到上包括硬質合金基體、金屬AlTi結合層、AlTiN過渡層和AlTiN功能層；AlTiN功能層是由調制比為1:1～10:1的電弧離子鍍AlTiN中間層與磁控濺射AlTiN中間層交替沉積而成，調制周期范圍是5～25nm；金屬AlTi結合層中各元素的原子百分比含量為：Al:50～70at.％，Ti:30～50at.％；AlTiN過渡層、電弧離子鍍AlTiN中間層與磁控濺射AlTiN中間層中各元素的原子百分比含量均為：Al:20～28at.％，Ti:18～22at.％，N:45～55at.％。

2.根據權利要求1所述的一種電弧離子鍍-磁控濺射復合沉積高溫耐磨減摩AlTiN納米多層涂層，其特征在于：所述金屬AlTi結合層、AlTiN過渡層和AlTiN功能層的厚度分別為100～500nm、0.5～2.0μm和2～10μm。

3.根據權利要求1所述的一種電弧離子鍍-磁控濺射復合沉積高溫耐磨減摩AlTiN納米多層涂層的制備方法，其特征在于包括以下操作步驟：首先在硬質合金基體上表面沉積金屬AlTi結合層；然后在金屬AlTi結合層上電弧離子鍍沉積AlTiN過渡層；最后在AlTiN過渡層上通過電弧離子鍍-磁控濺射復合沉積AlTiN功能層。

4.根據權利要求1所述的一種電弧離子鍍-磁控濺射復合沉積高溫耐磨減摩AlTiN納米多層涂層的制備方法，其特征在于具體包括以下操作步驟：

(1)首先在硬質合金基體表面上通過電弧離子鍍沉積金屬AlTi結合層，以解決硬質合金基體與涂層之間熱膨脹系數失配的問題：打開加熱器將真空室升溫至400～500℃，對真空室抽真空至真空度在1.0～5.0×10^-3Pa以上；然后通入100～200sccm的Ar氣，設置工件支架偏壓-1000～-1200V，對硬質合金基體表面進行濺射清洗，轟擊時間5～15min；再將偏壓降至-700～-800V，點燃AlTi靶，靶材電流60～150A，用高能AlTi電弧離子轟擊硬質合金基體10～15min，在硬質合金基體上表面沉積了金屬AlTi結合層；

(2)電弧離子鍍沉積～1μm厚的AlTiN過渡層：將偏壓調至-80～-200V，通入100～300sccm的N₂氣，調節氣壓至1.0～3.0Pa，點燃AlTi電弧靶，在金屬AlTi結合層上電弧離子鍍沉積AlTiN過渡層，沉積時間為10～30min；

(3)電弧離子鍍-磁控濺射復合沉積AlTiN功能層：通入Ar和N₂混合氣體，氮氣與混合氣體的分壓比范圍是40％～80％，混合氣體的總氣壓在0.5～3.0Pa，同時點燃AlTi電弧靶和AlTi磁控靶，以1～4rpm的轉速讓樣品轉架開始公轉，在AlTiN過渡層上通過電弧離子鍍AlTiN中間層與磁控濺射AlTiN中間層交替沉積來制備復合沉積AlTiN功能層；電弧靶的靶電流為60～150A，磁控靶的功率為5～20Kw，沉積偏壓為-60～-150V，沉積時間2～8小時，在AlTiN過渡層上復合沉積了AlTiN功能層。

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟(1)所述硬質合金基體在使用之前先將基體拋光處理，然后先后用丙酮、酒精分別超聲清洗10～20min，再用氮氣吹干后裝入真空室內備用。

6.根據權利要求1所述的電弧離子鍍-磁控濺射復合沉積高溫耐磨減摩AlTiN納米多層涂層在切削刀具中的應用。