[發(fā)明專利]一種硼氮化鉬/硫化鉬納米復(fù)合涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010555201.3
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111876732B
• 公開（公告）日: 2023-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱曉東;王大偉;李倩葉;李雁淮;宋忠孝
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 王艾華

本發(fā)明公開了一種硼氮化鉬/硫化鉬納米復(fù)合涂層及其制備方法，采用反應(yīng)磁控濺射技術(shù)陰極濺射金屬M(fèi)o和Bsubgt;4/subgt;C、MoSsubgt;2/subgt;復(fù)合靶，并與真空室中Ar和Nsubgt;2/subgt;混合氣體中的Nsubgt;2/subgt;氣反應(yīng)，在基底表面獲得了Mo?B?S?C?N五元硬質(zhì)涂層，即硼氮化鉬/硫化鉬納米復(fù)合涂層，通過調(diào)節(jié)復(fù)合靶中Bsubgt;4/subgt;C及MoSsubgt;2/subgt;的面積，使該涂層中B和S的含量容易控制。涂層中B、C、S、Mo、N元素的原子百分比為0.5～12％、2～14％、0.5～10％、55～40％、42～24％。該方法工藝簡單，易于實(shí)施。本發(fā)明克服了現(xiàn)有硬質(zhì)鍍層摩擦學(xué)性能的不足，兼?zhèn)溆捕雀摺⒛湍ズ褪覝氐礁邷氐湍Σ料禂?shù)的特點(diǎn)，在高速或干切削工具上具有良好的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于材料表面涂層技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種硼氮化鉬/硫化鉬納米復(fù)合涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著切削技術(shù)的發(fā)展，特別是在一些高速切削和等特定加工情況，如深孔加工以及一些復(fù)雜的加工環(huán)境，切削液無法充分潤滑冷卻時(shí)，對刀具材料的性能要求更高。高速切削條件下或局部不能充分潤滑冷卻時(shí)，由于摩擦產(chǎn)生大量切削熱逐漸導(dǎo)致刀具發(fā)生粘結(jié)磨損而失效，并使工件加工質(zhì)量下降。這意味著刀具本身需要具有硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦系數(shù)低等特點(diǎn)。兼顧耐磨與抗磨特點(diǎn)的低摩擦系數(shù)硬質(zhì)涂層，不僅可以降低工件的摩擦與磨損，減少或替代液體潤滑冷卻，節(jié)約設(shè)備投資，還可以避免切削液帶來的環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)清潔化生產(chǎn)，因此是一種高效、清潔的綠色切削刀具，在現(xiàn)代切削加工行業(yè)擁有相當(dāng)廣闊的應(yīng)用前景。

金屬鉬的氮化物具有較高的硬度，而摩擦系數(shù)則遠(yuǎn)低于TiN等其他過渡族金屬氮化物。雖然氮化鉬涂層高溫下摩擦系數(shù)較低，但因?yàn)槿菀籽趸瘜?dǎo)致強(qiáng)度硬度降低，耐磨性不足。通過合金化的方法在提高氮化鉬涂層抗氧化性和硬度的同時(shí)，進(jìn)一步降低涂層摩擦系數(shù)，可拓展其應(yīng)用領(lǐng)域和使用工況。目前研究Mo-B-S-C-N五元涂層的文獻(xiàn)尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種硼氮化鉬/硫化鉬納米復(fù)合涂層及其制備方法，通過共濺射的方法制備出Mo-B-S-C-N五元涂層，該涂層兼?zhèn)淠湍ズ褪覝丶案邷叵碌湍Σ料禂?shù)的特點(diǎn)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種硼氮化鉬/硫化鉬納米復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：

1)將由金屬M(fèi)o與B₄C和MoS₂構(gòu)成的復(fù)合靶和基底分別置于磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)的陰極和樣品臺上；

2)對磁控濺射設(shè)備真空室抽真空，然后用氬離子濺射清洗基底表面；

3)向磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)通入氬氣和氮?dú)猓趴貫R射復(fù)合靶，并在沉積過程中用氮離子對沉積中的涂層進(jìn)行輔助轟擊，得到硼氮化鉬/硫化鉬納米復(fù)合涂層。

所述的復(fù)合靶中的金屬M(fèi)o與(B₄C和MoS₂)的面積比為10:1～7:3，其中B₄C和MoS₂面積比為5:1～1:5，Mo的純度為99.99％、B₄C和MoS₂的純度為99.9％，復(fù)合靶與基底間的距離為80～120mm。

所述的基底為金屬基底或陶瓷基底，其中金屬基底為鋼、鑄鐵或硬質(zhì)合金。

所述步驟2)中將磁控濺射設(shè)備真空室內(nèi)的真空度抽到≤5×10^-4Pa后，基底加負(fù)偏壓400～800V，利用氬離子濺射清洗基底表面至少10min。

所述步驟3)中通入的氬氣和氮?dú)獾牧髁勘葹?:1～1:10，工作氣壓為0.1～2Pa。

所述步驟3)中磁控濺射的功率為100～300W，時(shí)間為120～240min。