[發明專利]一種復合硬質薄膜

在審

• 申請號: 201910664496.5
• 申請日: 2019-07-23
• 公開（公告）號: CN110241393A
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 陳君;樂務時
• 申請（專利權）人: 蘇州涂冠鍍膜科技有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/14;C23C14/06
• 代理公司: 蘇州謹和知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本發明公開了一種復合硬質薄膜，其特征在于：Ti層；TiN層，設于所述Ti層之上；耐磨層，設于所述TiN層之上，其中所述耐磨層包括周期性設置的復合結構，其中該復合結構包括至少一組依次層疊的CrTiZrN/CrZrC層與CrTiC/CrSiWN層，其中所述CrTiZrN/CrZrC層包括至少一組依次層疊的CrTiZrN層和CrZrC層，所述CrTiC/CrSiWN層包括至少一組依次層疊的CrTiC層和CrSiWN層。本發明還公開了一種制備上述復合硬質薄膜的制備方法。本發明的復合硬質薄膜具有硬度較高并且耐磨性能好、摩擦系數較低的優點，可以顯著提高刀具的壽命，改善加工部件的表面質量。

技術領域

本發明涉及薄膜材料領域，具體涉及一種復合硬質薄膜及其制備方法。

背景技術

隨著現代機械加工業的高速發展，難加工的材料越來越多，因此切削工藝特別是高速切削、干切削等工藝對切削刀具提出了越來越嚴格的要求，如高切削速度、高可靠性、長壽命、高精度和良好的切削控制性。切削刀具表面的保護性薄膜材料其具有的特點是：高溫物理化學性能穩定，抗磨及抗腐蝕性能好，摩擦系數低，且薄膜與襯底有較高的結合強度等。目前廣泛應用的工業化硬質涂層包括TiN、CrN、CrC等薄膜，這些薄膜材料盡管對數控刀具的壽命及加工部件的質量有顯著改善，但是由于涂層結構基本為柱狀晶或發達的柱狀晶結構，雖然涂層的硬度較高，但是耐磨性能差，摩擦系數較高，已越來越不能適應高質量的加工部件的需求。

發明內容

為了解決現有技術中的不足，本發明旨在提供一種高硬度、低摩擦系數、高耐磨性和耐腐蝕性的新型復合硬質薄膜及其制備方法，以更好地提升切削刀具的工作性能，延長其使用壽命。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種復合硬質薄膜，包括：

Ti層；

TiN層，設于Ti層之上；

耐磨層，設于TiN層之上，其中耐磨層包括周期性設置的復合結構，其中該復合結構包括至少一組依次層疊的CrTiZrN/CrZrC層與CrTiC/CrSiWN層，其中CrTiZrN/CrZrC層包括至少一組依次層疊的CrTiZrN層和CrZrC層，CrTiC/CrSiWN層包括至少一組依次層疊的CrTiC層和CrSiWN層。

進一步地，Ti的厚度為200～600nm，TiN層厚度為100～300nm。

進一步地，復合結構中，CrTiZrN/CrZrC層的厚度為30～50nm，CrTiC/CrSiWN層的厚度為20～30nm，其周期數為100～250。

進一步地，CrTiZrN/CrZrC層為超晶格結構，CrTiZrN層厚度為10～15nm，CrZrC厚度為5～10nm，其周期數為2～5。

進一步地，CrTiC/CrSiWN層為超晶格結構，CrTiC層厚度為5～15nm，CrSiWN層厚度為5～10nm，周期數為2～5。

本發明還公開了一種復合硬質薄膜的制備方法，采用磁控濺射離子鍍技術，步驟如下：

S1、將不銹鋼基體裝入閉合場非平衡磁控濺射進行輝光等離子體清洗，將四個濺射陰極靶包括一個Ti靶、一個Cr靶、一個CrZr和一個SiW合金靶，置于Ar等離子體環境內，真空腔內的Ar氣壓力小于0.1Pa，保持0.2-0.5KW功率，濺射清洗；

S2、在通Ar氣體真空度小于0.1Pa情況下，襯底偏壓到60～100V，打開Ti靶，功率1-3KW，以沉積Ti層；

S3、采用N₂氣為反應氣體，在真空度約0.1Pa情況下，襯底偏壓到60～100V，Ar的流量為20ccm，負反饋系統的光強值為50～100，濺射功率2-5KW，以沉積TiN層；