[發明專利]一種具有高耐磨損能力的TiAlSi/TiAlSiN多層交替涂層的制備方法

有效

• 申請號: 201910379626.0
• 申請日: 2019-05-08
• 公開（公告）號: CN109930106B
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 王浪平;趙凡;王小峰
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: C23C14/02
• 分類號: C23C14/02;C23C14/06;C23C14/34;C23C14/54
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

一種具有高耐磨損能力的TiAlSi/TiAlSiN多層交替涂層的制備方法，涉及一種TiAlSiN涂層的制備方法。本發明是要解決現有的TiAlSiN涂層的耐磨性差的技術問題。本發明提出的TiAlSi/TiAlSiN多層交替涂層的制備方法，使用TiAlSi合金陰極靶材，通過改變通入的氮氣來實現涂層成分的改變，從而制備多層交替涂層，提高涂層的工業應用性。由于TiAlSi合金的硬度較低，TiAlSiN涂層硬度較高，使用該種方法制備得到的軟硬交替涂層，可以很好地緩解涂層應力，改善涂層塑韌性，提高涂層的耐磨性，對于提高刀具涂層的使用壽命具有重大意義。

技術領域

本發明涉及一種TiAlSiN涂層的制備方法。

背景技術

TiAlSiN涂層作為一種硬質合金涂層，因其高硬度和高耐磨性在硬質涂層領域具有重要的應用前景，能夠顯著提高涂層刀具的使用壽命和切削能力，極大提高工業生產效率，推動制造業的發展進程。但是涂層的高硬度使其本身的韌性較差，與基體材料的結合性能也比較差，在加工制造中容易產生磨損，耐磨性差，從而影響刀具的使用壽命。耐磨損性能是刀具涂層材料的重要性能指標，提高涂層耐磨性對于提高涂層的應用性具有至關重要的作用。

改善涂層耐磨性的常用方法主要有：添加潤滑相以降低材料本身的摩擦系數；預先制備過渡層以改善膜基結合性能；制備多層涂層以改善涂層材料的塑韌性。對于TiAlSiN涂層，目前的研究多數是先在基體表面鍍一層TiN、TiAlN或TiSiN的方法來改善涂層與基體的膜基結合性能，主要是通過改變陰極材料組分實現涂層成分的過渡，涂層制備工藝相對比較復雜。

發明內容

本發明是要解決現有的TiAlSiN涂層的耐磨性差的技術問題，而提供一種具有高耐磨損能力的TiAlSi/TiAlSiN多層交替涂層的制備方法。

本發明的具有高耐磨損能力的TiAlSi/TiAlSiN多層交替涂層的制備方法是按以下步驟進行的：

一、清洗基體并安裝基體：使用YG8硬質合金作為鍍膜基體，將基體表面拋光至鏡面，然后將基體依次使用丙酮和酒精各超聲清洗10min～15min；選擇等離子體浸沒離子注入與沉積設備作為鍍膜設備，所述的等離子體浸沒離子注入與沉積設備設置有45°磁過濾彎管和弧源系統；將清洗后的基體安裝在等離子體浸沒離子注入與沉積設備的靶臺上，且正對著45°磁過濾彎管的出口，將TiAlSi合金陰極靶材安裝在弧源系統中；

二、濺射清洗基體：使用機械泵和分子泵對真空室抽真空至氣壓為6×10^-3Pa～7×10^-3Pa，通入50sccm～55sccm的氬氣，通過分子泵控制真空室的氣壓保持在0.5Pa～0.55Pa；使用射頻電源使氬氣發生電離，并且在基體和真空室器壁間加6kV～6.5kV的電壓，頻率為100Hz～110Hz，脈寬為60μs～65μs，對基體進行濺射清洗以確保基體表面清潔，濺射清洗時間為30min～35min；

三、①、濺射清洗結束后，關閉射頻電源，停止通入氬氣，通入50sccm～55sccm的氮氣，通過分子泵控制真空室的氣壓保持在0.3Pa～0.35Pa；

②、停止通入氮氣，氣壓值降低至8×10^-3Pa～1.2×10^-2Pa，在基體和真空室器壁間加15kV～16kV的電壓，頻率為100Hz～110Hz，脈寬為60μs～65μs，啟動弧源系統，起弧方式為接觸起弧，使陰極電弧燃燒，調節電弧電流為45A～55A，電弧電壓為20V～30V，在45°磁過濾彎管上施加10V～20V的偏壓，45°磁過濾彎管外壁上施加2A～3A的磁場，鍍膜2min～3min，偏壓和磁場的施加是為了使等離子體能夠更好地引出，電弧燃燒形成的等離子體從彎管處引出，經電場加速作用到基體上，制備得到TiAlSi涂層；