[發明專利]一種CrAlTiSiCN納米復合涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202110154010.0
• 申請日: 2021-02-04
• 公開（公告）號: CN112962059A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 張而耕;吳昌;陳強;黃彪;周瓊
• 申請（專利權）人: 上海應用技術大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/02;C23C14/32
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 賀姿;胡晶

本發明提供了一種CrAlTiSiCN納米復合涂層，包括依次沉積于基體上的Cr打底層、CrN過渡層、CrAlTiSiN過渡層及CrAlTiSiCN膜層，本發明提供的CrAlTiSiCN納米復合涂層通過Cr?CrN?CrAlTiSiN?CrAlTiSiCN階梯狀的方式將CrAlTiSiCN膜層牢牢地結合在刀具基體的表面，各層之間的結合強度大大增加，有效防止CrAlTiSiCN膜層從刀具基體表面脫落，涂層厚度和成分也更加均勻，且納米復合涂層的硬度高，其納米硬度可達39～45GPa，高溫穩定性強，延長涂層工件的使用壽命。

技術領域

本發明屬于刀具表面改性技術領域，尤其涉及一種CrAlTiSiCN納米復合涂層及其制備方法。

背景技術

20世紀以來，涂層防護技術在優化表面性能中應用越來越廣泛，沉積涂層技術也得到了快速的發展，并一時間成為冶金、航空、生化、汽車配件等領域的研究熱點。但涂層技術大發展，對刀具產業的升級是史無前例的，隨著加工要求、質量的不斷提高，切削技術以及切削刀具表面涂層技術在不斷的向前發展，涂層材料也朝向更優異的性能更迭，從1980年最初的TiN二元涂層問世，新的涂層工藝和涂層種類就不斷涌向。從二元涂層、三元涂層到多元涂層，再到如今的復合涂層、梯度涂層、超晶格涂層等，涂層的化學成分、組織與結構、性能均發生了明顯的變化，微觀特性、韌性及穩定性都大幅提高。

CrN是一種成熟的二元涂層，其良好的膜基結合力、抗氧化性能和耐磨性得到廣泛的應用，為提高其綜合性能，已研究了將其它化學元素添加到CrN中。比如在CrN中添加入Si元素能較大幅度的提高涂層的硬度和耐磨性；Al元素的添入提高了涂層的抗高溫氧化性，且Al元素可大量溶于CrN，細化晶粒，提高涂層的硬度；Ti元素的添入可提高涂層的硬度和膜基結合力。近年來，基于Cr、Al、Ti、Si、N五種主要元素形成的CrAlTiSiN涂層由于具有納米復合結構，使其具有了較高的硬度和良好的耐磨性能。但經過試驗表明，CrAlTiSiN涂層仍存在高速切削下被加工表面質量較差的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種CrAlTiSiCN納米復合涂層及其制備方法，具有優異的高溫穩定性、高于40GPa的超高硬度，可以在1000℃下進行高速切削。

為解決上述問題，本發明的技術方案為：

一種CrAlTiSiCN納米復合涂層，包括依次沉積于基體上的Cr打底層、CrN過渡層、CrAlTiSiN過渡層及CrAlTiSiCN膜層，所述納米復合涂層的附著力為46～54N，所述納米復合涂層的納米硬度為39～45GPa。

優選地，所述納米復合涂層的厚度為1.7～4.5μm。

優選地，所述Cr打底層的厚度為0.2～1.0μm，所述CrN過渡層的厚度為0.5～1.0μm，所述CrAlTiSiN過渡層的厚度為0.5～1.5μm，所述CrAlTiSiCN膜層的厚度為0.5～1.0μm。

優選地，所述基體為金屬刀具、硬質合金刀具或陶瓷刀具。

基于相同的發明構思，本發明還提供了一種CrAlTiSiCN納米復合涂層的制備方法，包括如下步驟：

S1：基體清洗：先將基體用砂紙進行打磨拋光處理，然后將基體放入丙酮溶液中進行超聲波清洗，再將清洗完成的基體用酒精擦拭，并烘干，最后將基體進行離子清洗，得到潔凈基體；

S2：制備Cr打底層：將經過步驟S1處理過的基體送入沉積室中，通過調整偏壓控制Cr靶，于基體上沉積Cr打底層，Cr靶電流為80～100A，基體負偏壓為180～220V，沉積室內的氣體壓強為1～2Pa，沉積時間為15～25min，Cr打底層的厚度為0.2～1.0μm；