[發明專利]一種抗氧化高熵氮化物涂層及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 202310559774.7
• 申請日: 2023-05-17
• 公開（公告）號: CN116641022A
• 公開（公告）日: 2023-08-25
• 發明（設計）人: 孫德恩;李洋
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: C23C14/16
• 分類號: C23C14/16;C23C14/06;C23C14/35;C23C14/02
• 代理公司: 重慶中之信知識產權代理事務所(普通合伙) 50213
• 代理人: 熊光紅

一種抗氧化高熵氮化物涂層，涉及涂層技術領域，包括：于硬質合金表面依次設置的AlCr過渡層和(TiZrAlCrSi)N高熵氮化物工作層；其中所述(TiZrAlCrSi)N高熵氮化物工作層中的各元素原子百分含量為Al?10～13at.％、Cr?12～16at.％、Ti?7～12at.％、Zr?9～14at.％、Si?5～7％at.％、N?39～60at.％；本發明還提供了一種抗氧化高熵氮化物涂層的制備方法以及該抗氧化高熵氮化物涂層在硬質合金表面防護中的應用。

技術領域

本發明涉及涂層技術領域，具體涉及一種抗氧化高熵氮化物涂層及其制備方法和應用。

背景技術

高速切削加工作為一項先進的制造技術，在高精密制造中貢獻了巨大的作用。相較于常規切削加工技術，它集高效、優質、低耗于一身。在切削過程中，高速加工狀態必然產生大量的熱量，為保證切削刀具的正常使用，大多數機械加工中選擇加入切削液降低溫度。但是加工過程中產生的高溫使切削液成霧狀揮發，嚴重污染環境并威脅操作者的健康。為促進高速切削加工綠色轉型，提出干式切削技術。然而，干式切削技術是在無冷卻條件下進行磨削的工藝，缺少切削液的冷卻潤滑與排屑功能，磨削區刀具與工件之間的磨擦面積加大，切削阻力上升，出現磨削震動加大以及排屑不暢等狀況，大大降低工件表面質量和刀具使用壽命。通常，為了克服上述問題，需要在刀具表面施加一種高溫高硬保護涂層。

一般刀具都是由硬質合金制成，硬質合金的硬度遠高于高速鋼，具有化學穩定性好、耐熱性較好等優點，已廣泛應用于切削刀具、核電站、航空航天和汽車制造等領域。但隨著高速干切削技術的發展，硬質合金在使用過程中常常會出現高溫氧化、磨損、腐蝕等問題。當使用溫度超過600℃時，硬質合金表面生成的WO₃氧化層生長速率會隨溫度的升高而迅速增加，造成硬質合金性能的急劇下降，從而大幅度縮短硬質合金刀具的使用壽命。

因此在硬質合金的表面涂覆一層防護涂層是具有重要的現實意義；在公開號為CN116005109A的中國發明專利中，其公開了一種高熵氮化物抗沖蝕涂層及其制備方法與器件，其中該涂層中的工作層為AlTiCrZrNbN高熵氮化物，其具有良好的硬度和H/E值，使其力學性能、硬度、耐磨性表面質量均很良好，但是這種工作層的制作成本較高，而且該涂層與基體之間的膜/基結合力不高，并且其中對于氧化過程中氧向硬質合金內部的擴散阻礙能力不是很好。

發明內容

針對現有技術中所存在的不足，本發明提供了一種抗氧化高熵氮化物涂層及其制備方法和應用，其解決了現有技術中存在的現有涂層成本較高、與硬質合金之間的膜/基結合力不高以及阻礙氧擴散能力不足的問題。

一種抗氧化高熵氮化物涂層，包括：

于硬質合金表面依次設置的AlCr過渡層和(TiZrAlCrSi)N高熵氮化物工作層；

其中所述(TiZrAlCrSi)N高熵氮化物工作層中的各元素原子百分含量為Al?10～13at.％、Cr?12～16at.％、Ti?7～12at.％、Zr?9～14at.％、Si?5～7％at.％、N?39～60at.％。

優選地，所述AlCr過渡層厚度為0.09～0.1μm，所述(TiZrAlCrSi)N高熵氮化物工作層厚度為1～1.1μm。

本發明還提供了一種抗氧化高熵氮化物涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)對硬質合金進行拋光以及超聲清洗，去除硬質合金上的銹跡、油污；

(2)將預處理的硬質合金放入磁控濺射鍍膜設備的真空腔室內，控制其內部真空度，并向真空腔室內通入氬氣，隨后開啟射頻電源對硬質合金進行輝光清洗10～15min，以去除表面氧化層；

(3)將經輝光清洗后的硬質合金進行磁控濺射鍍膜，形成AlCr過渡層；