[發明專利]一種高熵合金氮化物涂層的高硬度材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201811407761.3
• 申請日: 2018-11-23
• 公開（公告）號: CN109338300B
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發明（設計）人: 陳建;劉曉鵬;楊巍;蘇霖深;徐大鵬;姚小飛;呂煜坤
• 申請（專利權）人: 西安工業大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/16;C23C14/34;C23C14/35
• 代理公司: 61219 陜西增瑞律師事務所
• 代理人: 張瑞琪

本發明公開了一種高熵合金氮化物涂層的高硬度材料及其制備方法，由位于基片表面的Cr過渡層、位于該Cr過渡層表面的CrN過渡層、以及位于該CrN過渡層表面的氮化物涂層組成；該氮化物涂層利用射頻濺射法由氮氣和高熵合金沉積制得，Cr過渡層的厚度為80?150nm，CrN過渡層的厚度為50?100nm，氮化物涂層的厚度為1.5?2.5μm；發明所得的高熵合金氮化物涂層的高硬度材料不但具有超過50GPa的高硬度，并且具有優良的磨損性能；該涂層生產工藝簡單、沉積速度快、成本低等特點，并且具有生產效率高、能耗低，對設備要求較低等優點，可適用于硬質刀具涂層。

【技術領域】

本發明屬于材料學領域領域，尤其涉及一種高熵合金氮化物涂層的高硬度材料及其制備方法。

【背景技術】

隨著先進制造業的不斷發展，對材料的表面性能提出了越來越高的要求，使得材料表面不僅具有較高的硬度、耐磨性，還要求其具有優異的耐高溫性能和耐腐蝕性能。通常所見的一元、二元或三元的氮化物涂層已經無法滿足許多工業需求，這就不得不使人們對保護涂層提出了更高的性能要求。為了滿足這一需求，人們嘗試在現有氮化物涂層的基礎上添加某些新的元素，制備出多組元的氮化物涂層。

【發明內容】

本發明的目的是提供一種高熵合金氮化物涂層的高硬度材料及其制備方法，以解決現有一元、二元或三元氮化物涂層硬度、磨損性能不佳的問題。

本發明采用以下技術方案：一種高熵合金氮化物涂層的高硬度材料，由位于基片表面的Cr過渡層、位于該Cr過渡層表面的CrN過渡層、以及位于該CrN過渡層表面的氮化物涂層組成；該氮化物涂層利用射頻濺射法由氮氣和高熵合金沉積制得，Cr過渡層的厚度為80-150nm，CrN過渡層的厚度為50-100nm，氮化物涂層的厚度為1.5-2.5μm。

進一步地，氮化物涂層的厚度為1.71-2.12μm。

進一步地，基片為硅片、高速鋼或硬質合金三者中的任何一種。

進一步地，一種高熵合金氮化物涂層的高硬度材料的制備方法，由如下步驟組成：

以鋁、硅、鈦、鉻、鈮和釩為配料，采用真空電弧熔煉法制備得到高熵合金鑄錠，將高熵合金鑄錠依次經過線切割、清洗、打磨和拋光后得到高熵合金靶材；

將高熵合金靶材和待處理的基片依次在無水乙醇和丙酮中利用超聲波清洗20-30min；

采用射頻電源對空白基片進行20～30min預濺射，功率為100W；

將預濺射處理后的基片采用磁控濺射法進行沉積鉻過渡層，Cr靶材由直流陰極控制，用直流電源沉積2-3min；

采用磁控濺射法對上述制得的基片進行沉積CrN過渡層，Cr靶材由直流陰極控制，并在濺射時通入氮氣，用直流電源沉積3-4min；

采用射頻濺射法，濺射氣體采用Ar和N₂的混合氣體，將清洗后的高熵合金和氮氣沉積到上述制得的基片上，制備出具有高熵合金氮化物涂層的高硬度材料。

進一步地，射頻濺射法中氬氣流量為26-30sccm，氮氣流量為10-14sccm。

進一步地，真空室的爐腔真空度不低于2.0×10^-3Pa，靶基距為9cm，沉積氣壓為0.65Pa，沉積溫度為25-300℃，射頻電源功率為100-200W，濺射時間為120min。

進一步地，制得的鍍層材料的硬度為47.3-70GPa，摩擦系數為0.16-0.20，臨界載荷為89N。

進一步地，制得的材料的硬度為47.3-67GPa。