[發(fā)明專利]一種自適應(yīng)減摩納米多相多層超硬薄膜及其制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010539992.0
• 申請(qǐng)日: 2020-06-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111471972A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-07-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 閻紅娟;張淑婷;司麗娜;劉峰斌;豆照良;楊曄;李鴻;李春陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北方工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 北京華仁聯(lián)合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11588
• 代理人: 尹春雷

1.一種自適應(yīng)減摩納米多相多層超硬薄膜，其特征在于，所述超硬薄膜由過(guò)渡層和工作層組成；過(guò)渡層位于基體與工作層之間，過(guò)渡層成分為TiN；工作層由若干層調(diào)制周期層組成，單層調(diào)制周期層由一層模板層和一層調(diào)制層組成，模板層成分為TaMeN，Me選自Mo、V、W元素中的一種或幾種，調(diào)制層成分為TiSiN。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超硬薄膜，其特征在于，所述超硬薄膜的總厚度為1.5～3μm，過(guò)渡層厚度為50～200nm，單層調(diào)制周期層的厚度為4～50nm，單層模板層的厚度為2～10nm，單層調(diào)制層的厚度為2～40nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超硬薄膜，其特征在于，所述超硬薄膜的涂層結(jié)合力為60～90N，室溫摩擦系數(shù)為0.4～0.5，高溫摩擦系數(shù)為0.2～0.3，硬度為40～50GPa。

4.權(quán)利要求1～3任一權(quán)利要求所述的超硬薄膜的制備方法，采用濺射方法制備超硬薄膜，其特征在于，包括以下步驟：

(1)準(zhǔn)備靶材；

(2)基體預(yù)處理；

(3)將靶材和基體安裝在濺射腔體內(nèi)，腔體抽真空；

(4)去除靶材表面雜質(zhì)；

(5)清洗基體；

(6)薄膜制備：通入N₂作為反應(yīng)氣體，維持腔體具有一定真空度；沉積TiN層作為過(guò)渡層；然后周期性交替沉積TaMeN層與TiSiN層；

(7)沉積后處理：關(guān)閉氣體，維持真空狀態(tài)，待基體冷卻后，打開(kāi)腔體取出基體。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述濺射為磁控濺射，

所述靶材為：Ti靶；TaMe合金靶材，Me選自Mo、V、W元素中的一種或幾種，Me含量在10～70at.％之間；TiSi合金靶材，Si含量在5～30at.％之間；

步驟(4)通過(guò)控制TaMe靶和TiSi靶的靶擋板開(kāi)合時(shí)間，控制TaMeN層和TiSiN層的厚度。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述濺射為離子鍍?yōu)R射，

所述靶材為：Ti靶；Ta靶；Me靶，Me選自Mo、V、W元素中的一種或幾種；Si靶；

步驟(4)通過(guò)控制Ta、Me、Ti、Si靶材功率，分別控制TaMeN層與TiSiN層原子比例；通過(guò)控制基體轉(zhuǎn)速和偏壓，控制TaMeN層和TiSiN層的厚度。

7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的制備方法，其特征在于，所述靶材的純度均為99.9％以上；步驟(2)所述基體預(yù)處理具體為：基體經(jīng)鏡面加工或拋光，用有機(jī)溶劑超聲清洗，然后烘干；步驟(3)中靶材與基體之間的距離為60～100mm。

8.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的制備方法，其特征在于，步驟(6)中基體工作溫度控制在100～400℃之間；控制超硬薄膜的總厚度為1.5～3μm，TiN層厚度為50～200nm，單層TaMeN層和TiSiN層的厚度為4～50nm，單層TaMeN層的厚度為2～10nm，單層TiSiN層的厚度為2～40nm。

9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，

步驟(4)所述去除靶材表面雜質(zhì)具體為：關(guān)閉基體擋板，打開(kāi)靶材擋板，濺射數(shù)分鐘；

步驟(5)所述清洗基體具體為：對(duì)基體加載偏壓，通入Ar氣轟擊基體。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，

步驟(4)所述去除靶材表面雜質(zhì)具體為：關(guān)閉基體擋板，打開(kāi)偏壓，打開(kāi)靶材擋板，對(duì)靶材燒灼數(shù)分鐘；

步驟(5)所述清洗基體具體為：向腔體內(nèi)通入Ar氣，維持腔體具有一定真空度，打開(kāi)偏壓，對(duì)基體進(jìn)行輝光清洗；輝光清洗結(jié)束后，在Ar氣氣氛下打開(kāi)離子源，對(duì)基體進(jìn)行離子清洗。

11.權(quán)利要求1～3任一權(quán)利要求所述的超硬薄膜的用途，其特征在于，所述超硬薄膜用于高速切削高溫合金或鈦合金刀具涂層。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用途，其特征在于，所述刀具基體為高速鋼或硬質(zhì)合金。