[發(fā)明專利]一種AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層的制備工藝

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910993165.6
• 申請(qǐng)日: 2019-10-18
• 公開（公告）號(hào): CN110578122A
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王鐵鋼;侯翔;劉艷梅;閻兵;曹鳳婷;朱強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)(中國(guó)職業(yè)培訓(xùn)指導(dǎo)教師進(jìn)修中心)
• 主分類號(hào): C23C14/32
• 分類號(hào): C23C14/32;C23C14/06;C23C14/02
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本發(fā)明公開了一種AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層的制備工藝，屬于復(fù)合涂層制備技術(shù)領(lǐng)域。該工藝采用電弧離子鍍膜技術(shù)在基體上沉積AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層。靶材選取金屬Ti靶、AlTi靶、AlTiSi靶。鍍膜前先通入氬氣，輝光清洗20分鐘，隨后開啟Ti靶依次改變偏壓?800V、?600V、?400V、?200V對(duì)基體表面各轟擊清洗2min，然后沉積TiN過渡層，最后通入氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體，按照設(shè)定好的調(diào)制周期交替開啟AlTi靶和AlTiSi靶，開始沉積AlTiN/AlTiSiN涂層。本發(fā)明涉及的多層納米復(fù)合涂層制備工藝簡(jiǎn)單，并且容易工業(yè)化生產(chǎn)。制備出的涂層組織結(jié)構(gòu)致密、涂層與基體間的結(jié)合力強(qiáng)，具有較高的硬度和強(qiáng)度，良好的耐磨損性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層的制備工藝。

背景技術(shù)

近年來(lái)，在機(jī)械、鍛造和成型器件上使用耐磨硬質(zhì)涂層變得越來(lái)越重要，不僅可以節(jié)約成本，而且還能提高材料的使用壽命。AlTiN涂層因其優(yōu)良的高溫硬度和抗氧化性能，目前已廣泛應(yīng)用于高速鋼和硬質(zhì)合金刀具，這很大程度上歸功于鋁元素的增加。與二元涂層TiN相比，AlTiN涂層作為刀具的保護(hù)層，可減少磨損量及沖擊所導(dǎo)致的斷裂。雖然AlTiN涂層抗氧化性能相比其他二元涂層得到了明顯改善，但仍然不能滿足一些高速切削或干切削環(huán)境下提出的高硬度、高韌性和耐磨性等要求。

為研制結(jié)構(gòu)致密、高硬度、耐磨性的多層納米復(fù)合涂層，本專利采用電弧離子鍍膜技術(shù)在金屬或合金基體上沉積AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層，進(jìn)一步提高單層涂層的機(jī)械性能和實(shí)現(xiàn)多層涂層的使役壽命和優(yōu)良性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層的制備工藝，所制備的AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層兼具高硬度、高耐磨性和高熱穩(wěn)定性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

一種AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層的制備工藝，該工藝是采用電弧離子鍍膜技術(shù)在基體上沉積AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層，靶材選擇純金屬Ti靶、AlTi合金靶和AlTiSi合金靶；沉積AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層時(shí)，先開啟Ti靶，然后交替開啟AlTi靶和AlTiSi靶沉積相應(yīng)的AlTiN層和AlTiSiN層，并控制沉積AlTiN層和AlTiSiN層時(shí)的沉積壓強(qiáng)、通入氣體(Ar和N₂)的流量以及各個(gè)靶的弧流參數(shù)，從而在基體上制備出AlTiN層和AlTiSiN層相互交替疊加的AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層。

本發(fā)明在沉積AlTiN/AlTiSiN多層納米復(fù)合涂層時(shí)，弧流均設(shè)置為40～100A；開啟AlTi靶沉積AlTiN涂層時(shí)，設(shè)置偏壓60～150V(占空比50％～90％)，通入氬氣和氮?dú)馐钩练e壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至0.5～2Pa；開啟AlTiSi靶沉積AlTiSiN涂層時(shí)，設(shè)置偏壓80～100V(占空比50％～90％)，通入氬氣和氮?dú)馐钩练e壓強(qiáng)調(diào)節(jié)至1～3Pa；根據(jù)所需涂層的厚度設(shè)置涂層的不同調(diào)制周期和沉積時(shí)間。

沉積AlTiN涂層時(shí)，通入氬氣的流量為50sccm，通入氮?dú)獾牧髁繛?50sccm，總流量400sccm；沉積AlTiSiN涂層時(shí)，通入氬氣的流量為50sccm，通入氮?dú)獾牧髁繛?00sccm，總流量650sccm。

本發(fā)明方法具體包括如下步驟：

(1)各靶材均勻分布在電弧離子鍍?cè)O(shè)備真空室內(nèi)周圍，以保證沉積過程中爐腔內(nèi)具有較高的等離子體濃度；將預(yù)處理后的基片放入鍍膜室中央轉(zhuǎn)架上；采用機(jī)械泵和分子泵抽真空使真空室氣壓達(dá)到3×10^-3Pa以下；

(2)輝光轟擊清洗：先采用高的負(fù)偏壓清洗基體10～30min，輝光清洗后開啟Ti靶，調(diào)整偏壓依次至-800V、-600V、-400V、-200V對(duì)基體表面分別進(jìn)行2分鐘的轟擊清洗；