[發明專利]一種新型WCrSiN梯度涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202011250640.X
• 申請日: 2020-11-11
• 公開（公告）號: CN112410727A
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發明（設計）人: 楊俊峰;楊紅艷;楊瑞芳;張臨超;謝卓明;王坤;劉瑞;王先平;吳學邦;方前鋒
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院;中國核動力研究設計院
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/16;C23C14/32;C23C14/35;C23C14/02
• 代理公司: 合肥市長遠專利代理事務所(普通合伙) 34119
• 代理人: 干桂花

本發明公開了一種新型WCrSiN梯度涂層及其制備方法，涉及表面涂層技術領域，包括依次沉積在基體表面的多弧離子鍍涂層和磁控濺射涂層，其中，多弧離子鍍涂層包括依次沉積在基體表面的WCr涂層、WCrN涂層、WCrSiN涂層，磁控濺射涂層為WCrSiN涂層。本發明先采用多弧離子鍍技術制備打底涂層，再利用磁控濺射技術制備表層涂層，將多弧離子鍍和磁控濺射結合起來，充分發揮了這兩種方法的優勢，所得薄膜涂層與基體之間的結合強度高，薄膜涂層表面均勻且致密度高。此外，在涂層微結構上設計梯度結構，有利于增強涂層的綜合性能，改善涂層的總厚度，可制備厚度在5μm以上的超硬涂層。

技術領域

本發明涉及表面涂層技術領域，尤其涉及一種新型WCrSiN梯度涂層及其制備方法。

背景技術

表面涂層的應用受到了越來越多的關注和重視。硬質薄膜尤其是超硬薄膜倍受青睞。采用物理氣相沉積法(PVD)將超硬薄膜材料鍍于金屬切削刀具表面，既適應現代制造業對金屬切削刀具的高技術要求，又符合綠色制造理念。表面鍍有超硬薄膜的金屬切削刀具既保持了其基體較高的強度，又能發揮其表面涂層“超硬、強韌、耐磨、自潤滑”的優勢，從而大大提高了金屬切削刀具在現代加工過程中的耐用度和適應性。

表面涂層的制備方法很多，其中應用最廣泛的是多弧離子鍍和磁控濺射。多弧離子鍍具有離化率高的突出優點，因此涂層和基體的結合強度非常高。但是，多弧薄膜表面往往會出現一些大顆粒，甚至熔滴，對材料的精加工有不利影響。磁控濺射制備的薄膜致密度高、顆粒小而且均勻，因此非常適用于精加工。但是，磁控濺射時的離化率低，薄膜和基體的結合強度不夠高，會影響涂層的使用壽命。

發明內容

基于背景技術存在的技術問題，本發明提出了一種新型WCrSiN梯度涂層及其制備方法，該涂層是先采用多弧離子鍍技術制備打底涂層，再利用磁控濺射技術制備表層涂層，得薄膜涂層與基體之間的結合強度高，薄膜涂層表面均勻且致密度高。

本發明提出的一種新型WCrSiN梯度涂層，包括依次沉積在基體表面的多弧離子鍍涂層和磁控濺射涂層，其中，多弧離子鍍涂層包括依次沉積在基體表面的WCr涂層、WCrN涂層、WCrSiN涂層，磁控濺射涂層為WCrSiN涂層。

優選地，所述基體為金屬、合金或陶瓷材質的耐磨工件。

本發明還提出了上述新型WCrSiN梯度涂層的制備方法，包括以下步驟：

S1、將基體清洗干凈；

S2、制備多弧離子鍍涂層：

S21、安裝：將W-Cr靶、W-Cr-Si靶分別安裝在直流陰極上，基體裝入樣品臺，固定靶材和基體的距離為150mm；

S22、中頻偏壓清洗：將真空室抽真空至1x10^-3pa，然后加熱基片至450℃，向真空室通入Ar，控制Ar流量為260sccm，工作氣壓為2.5Pa；開啟中頻電源，設定電壓為1200V，對基體表面進行清洗，持續15min；

S23、濺射打底層WCr：調節Ar流量為60sccm，工作氣壓為0.76Pa；設定中頻偏壓電源電壓為800V、占空比50％，同時開啟W-Cr靶濺射電源，設定電流為30A、濺射時間8min，在基體上濺射WCr打底層；

S24、濺射主體層WCrN：同時向真空室通入Ar和N₂，調節Ar流量為5sccm，N₂流量為400sccm，工作氣壓為0.76Pa；設定中頻偏壓電源電壓為200V、占空比50％，設定濺射電源電流為90A、濺射時間30min，在WCr打底層上濺射WCrN主體層；

S25、濺射主體層WCrSiN：關閉W-Cr靶濺射電源，開啟W-Cr-Si靶濺射電源，設定濺射電源電流為90A、濺射時間30min，在WCrN主體層上濺射WCrSiN主體層；