[發(fā)明專利]一種AlCrSiN/Mo自潤滑薄膜的復合磁控濺射制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910897051.1
• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN110453190B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設計）人: 王鐵鋼;蒙德強;劉艷梅;閻兵;尹照星;許人仁
• 申請（專利權）人: 天津職業(yè)技術師范大學（中國職業(yè)培訓指導教師進修中心）
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/02;C23C14/06
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 于曉波

本發(fā)明公開了一種AlCrSiN/Mo自潤滑薄膜的復合磁控濺射制備方法，屬于薄膜制備技術領域。該AlCrSiN/Mo自潤滑薄膜是采用高功率脈沖磁控濺射技術和脈沖直流磁控鍍膜技術在基體上制備而成，制備過程為：降低偏壓至?50～?150V，N₂流量50～150sccm，Ar流量50～250sccm，N₂和Ar總流量300sccm，沉積壓強1.0～2.5Pa，CrMo靶濺射功率0.1～0.9kW，AlCrSi靶功率0.2～1.5kW。所制備的AlCrSiN/Mo自潤滑薄膜硬度高、韌性好，具備優(yōu)良的減磨特性，可以顯著降低刀?屑間的摩擦，具有較好的化學穩(wěn)定性及易剪切的潤滑特性。

技術領域

本發(fā)明涉及薄膜及其制備技術領域，具體涉及一種AlCrSiN/Mo自潤滑薄膜的復合磁控濺射制備方法。

背景技術

現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展對薄膜刀具的要求越來越高，而硬質薄膜具有高硬度及熱穩(wěn)定性，被廣泛應用于金屬零部件及模具等加工方向。而薄膜逐漸由二元向多元化發(fā)展可有效延長切削刀具的使用壽命，尤其是當復合薄膜中摻雜自潤滑元素可有效減少切削熱的產(chǎn)生、提高工件表面加工精度，進而提升刀具切削加工效率。

在高速或干式切削條件下，二元TiN、Cr N薄膜表面易發(fā)生氧化失效限制其應用，通過向其中添加Al元素制備Cr-Al-N薄膜，研究結果表明Cr-Al-N薄膜的熱穩(wěn)定性主要依靠Cr-Al-N中的以共價鍵相結合的Al-N相，而Al元素的增加會使得薄膜結構逐漸由fcc-AlN向hcp-AlN轉變，在一定程度上能夠提升薄膜的硬度；并在薄膜表面能夠形成致密的(Cr,Al)₂O₃膜，可有效減緩高溫環(huán)境下外界氧氣擴散到薄膜中，從而有效的提高了薄膜的抗高溫氧化能力。研究中發(fā)現(xiàn)，在Cr-Al-N薄膜中添加Si元素后，在Cr-Al-N固溶體的晶界處形成a-Si₃N₄相，從而形成鑲嵌式的復合結構，使其具有高硬度、高韌性以及優(yōu)良的熱穩(wěn)定性等特性，適用于切削刀具表面，但存在摩擦系數(shù)高、切削溫度高等缺點，難以保證刀具壽命及工件表面質量。

為進一步將薄膜刀具應用于現(xiàn)代高速干切削加工領域，進一步提高刀具的使役壽命，本專利擬采用高功率脈沖磁控(HIPIMS)與脈沖直流磁控(Pulse DC)復合鍍膜技術在刀具基體表面制備具有硬度高、抗高溫氧化性能和超潤滑耐磨性能的AlCrSiN/Mo薄膜，以能夠滿足于干式、高速、高精等難加工切削工況，減少切削液的使用，以實現(xiàn)綠色制造。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種AlCrSiN/Mo自潤滑薄膜的復合磁控濺射制備方法，所制備的AlCrSiN/Mo自潤滑薄膜硬度高、韌性好，具備優(yōu)良的減磨特性，可以顯著降低刀-屑間的摩擦，具有較好的化學穩(wěn)定性及易剪切的潤滑特性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種AlCrSiN/Mo自潤滑薄膜的復合磁控濺射制備方法，是采用高功率脈沖磁控濺射技術和脈沖直流磁控鍍膜技術在基體上制備而成，該方法具體包括如下步驟：

(1)將基體固定于真空室內旋轉架上，然后將真空室的基底壓強抽至3.0×10^-3Pa以下，CrMo靶連接在HiPIMS(High Power Impulse Magnetron Sputtering)高功率脈沖電源上，AlCrSi靶連接在脈沖直流電源上；

(2)基體先進行輝光清洗，以除去表面雜質；然后進行離子轟擊，以提高膜/基結合力；

(3)制備CrN過渡層；