[發明專利]一種AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層的制備工藝

有效

• 申請號: 202010557957.1
• 申請日: 2020-06-18
• 公開（公告）號: CN111647856B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王鐵鋼;朱強;劉遷;張雅倩;劉艷梅;范其香
• 申請（專利權）人: 天津職業技術師范大學（中國職業培訓指導教師進修中心）
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06
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本發明公開了一種AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層的制備工藝，屬于復合涂層制備技術領域。該工藝采用電弧離子鍍膜技術在基體上沉積AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層。靶材選取金屬Cr靶、AlCrSi靶、AlTiSi靶。先沉積CrN過渡層，再通入氮氣作為反應氣體，制備AlCrTiSiN工作層。最后通入一定時間氧氣，制備AlCrTiSiON表面氧化防護層。本發明涉及的多層復合涂層制備工藝簡單，并且容易工業化生產。制備出的涂層具有良好的耐熱性能，適用于高速切削，提高加工效率。

技術領域

本發明涉及復合涂層制備技術領域，具體涉及一種AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層的制備工藝。

背景技術

隨著工業的發展，高速鋼、灰鑄鐵等高強度、高硬度材料的應用日益廣泛，傳統的涂層刀具越來越難滿足高速切削、干切削等工藝要求。在實際加工過程中，上述材料中大量的碳化物硬質顆粒將參與切削過程，與刀具發生磨粒磨損，極大地降低了涂層刀具的耐磨性能和抗高溫氧化能力。高熵合金涂層AlCrTiSiN相比于市面上常見的AlCrN、AlTiN等涂層，其硬度、強度、韌性及抗高溫氧化性均得到大幅提升，適于在高速切削、干切削條件下加工使用，這得益于加入Si元素，在涂層內部形成Si₃N₄非晶相，起到細晶強化作用，且(Al,Cr,Ti)N納米晶粒鑲嵌于非晶Si₃N₄層中形成納米復合結構，極大提高涂層的力學及摩擦學性能。在切削加工時，涂層表面易生成致密的(Al,Cr)₂O₃保護膜，具有良好的隔熱效果，可提高涂層刀具使用壽命。

為進一步提高涂層的抗高溫氧化性能，對涂層表面進行預氧化處理，制備表面高溫防護層，結合內部高硬度、高韌性的工作層，可使涂層刀具適用于超高速切削，能大幅度降低切削溫度，顯著提高涂層刀具使用壽命。本專利采用電弧離子鍍膜技術在金屬或硬質合金基體表面沉積AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層，此涂層可有效隔離刀具和工件，具有良好的熱屏障和化學屏障作用，從而提高涂層刀具的加工效率和使役壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層的制備工藝，所制備的AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層兼具高硬度、高耐磨性及高耐熱能力。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案如下：

一種AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層的制備工藝，該工藝是采用電弧離子鍍膜技術在基體表面沉積AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層，靶材選擇純金屬Cr靶、AlCrSi合金靶和AlTiSi合金靶；沉積AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層時，先開啟Cr靶，進行離子轟擊清洗及過渡層制備。隨后共同開啟AlCrSi靶和AlTiSi靶，沉積AlCrTiSiN層，最后通入一定量氧氣制備AlCrTiSiON表面防護涂層，分別控制鍍膜時的沉積壓強、氣體流量以及各個靶的弧流參數，制備AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層。

本發明在沉積AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層時，弧流均設置為60～100A；開啟AlCrSi靶和AlTiSi靶沉積AlCrTiSiN涂層時，設置基體偏壓為-80～-120V(占空比60％～90％)，通入氬氣和氮氣調節沉積壓強至1.5～3.0Pa；沉積AlCrTiSiON涂層時，氧氣通入時間為5～15min；控制AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多層復合涂層總鍍膜時間為3h，設置不同靶材開啟時間及氣體通入時間。

當沉積AlCrTiSiN涂層時，通入氬氣的流量為50sccm，通入氮氣的流量為600sccm，總流量650sccm；沉積AlCrTiSiON涂層時，通入氬氣流量為50sccm，通入氮氣流量為600sccm，通入氧氣流量為20sccm，總流量670sccm。

該工藝具體包括如下步驟：