The invention belongs to the technical field of surface protection, and discloses an AlCrN/AlCrSiNiN coating with periodic nano-multilayer structure, a preparation method and application thereof. The coating consists of AlCrN transition layer and AlCrSiNiN functional layer. The adjusting period of the coating is 5-15 nm. The contents of elements in AlCrN layer are: Al: 20-26 at.%, Cr: 15-20 at.%, N: 55-64 at.%. The contents of elements in AlCrSiNiN layer are: Al: 20-30 at.%, Cr: 10-20 at.%, Si: 3-10 at.%, Ni: 1-15 at.%, N: 45-55 at.%. The coating has high hardness, good toughness, excellent high temperature oxidation resistance and high temperature wear resistance. It can be used in cutting and surface protection under complex working conditions.
【技术实现步骤摘要】
一种周期性纳米多层结构的AlCrN/AlCrSiNiN涂层及其制备方法和应用
本专利技术属于表面防护
,更具体地,涉及一种周期性纳米多层结构的AlCrN/AlCrSiNiN涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
在高温下,AlCrN具有较高的硬度、良好的抗氧化性和耐磨性,因此适用于高速切削和干式切削。但随着现代高速高效金属切削的发展,主轴转速通常大于10000转/分钟,刀刃温度通常高于1000℃,涂层刀具在冲击载荷与高温热腐蚀的耦合作用下长时间服役,传统的AlCrN单层涂层的切削性能已无法满足日益增长的工业需求。向AlCrN涂层中添加Si元素,能够形成纳米复合结构,纳米尺寸AlCrN晶粒镶嵌在非晶Si3N4中,合适尺寸的Si3N4晶间相能够阻碍位错的滑动及晶粒的相对滑移,并有效阻挡氧元素向涂层内部的扩散,从而使涂层的硬度、抗氧化性、高温稳定性显著提升。对于具有高硬度的AlCrSiN纳米复合涂层来说,如何在保持较高硬度的前提下提高断裂韧性对于实际应用有着重要的意义。此外,已有的研究表明:向AlCrN涂层中加入Si元素会降低Al在CrN中的亚温固溶度,析出硬度较低的六方AlN相,这就需要降低单层涂层中的Al元素含量以避免六方相的产生。而Al含量的降低势必对涂层的高温抗氧化性带来负面影响,限制了涂层的应用。如何在抑制六方AlN相的前提下,尽可能提升涂层中的Al含量以提高涂层的高温抗氧化性对于扩大AlCrSiN涂层的应用范围是一个亟待解决的问题。
技术实现思路
为了解决上述现有技术存在的不足和缺点,本专利技术的目的在于提供了一种周期性纳米多层结构的AlCrN/AlC ...
【技术保护点】
1.一种周期性纳米多层结构的AlCrN/AlCrSiNiN涂层,其特征在于,所述涂层包括AlCrN过渡层和AlCrSiNiN功能层,所述涂层的调制周期为5~15nm,其中,AlCrN层中各元素的原子百分比含量为:Al:20~26at.%,Cr:15~20at.%,N:55~64at.%;AlCrSiNiN层中各元素的原子百分比含量为:Al:20~30at.%,Cr:10~20at.%,Si:3~10at.%,Ni:1~15at.%,N:45~55at.%。
【技术特征摘要】
1.一种周期性纳米多层结构的AlCrN/AlCrSiNiN涂层,其特征在于,所述涂层包括AlCrN过渡层和AlCrSiNiN功能层,所述涂层的调制周期为5~15nm,其中,AlCrN层中各元素的原子百分比含量为:Al:20~26at.%,Cr:15~20at.%,N:55~64at.%;AlCrSiNiN层中各元素的原子百分比含量为:Al:20~30at.%,Cr:10~20at.%,Si:3~10at.%,Ni:1~15at.%,N:45~55at.%。2.根据权利要求1所述的周期性纳米多层结构的AlCrN/AlCrSiNiN涂层,其特征在于,所述AlCrN过渡层的厚度为0.3~1.0μm,所述AlCrSiNiN功能层的厚度为5.7~8μm。3.根据权利要求1或2所述的周期性纳米多层结构的AlCrN/AlCrSiNiN涂层的制备方法,其特征在于,包括如下具体步骤:S1.基体清洗:将硬质合金基体抛光处理,然后先后用丙酮、酒精超声清洗10~20min,再用热空气吹干后装入真空室内;S2.Ar+离子刻蚀及Al+、Cr+离子轰击:打开加热器将腔体升温至300~500℃,对腔体抽真空,使气压降至1.0~8.0×10-3Pa;打开基体支架偏压电源并设置为-800~-1000V,然后通入250~300sccm的氩气,对硬质合金基体表面进行Ar+刻蚀;再打开AlCr电弧靶电源,将电流设置为100A,功率为2~3kW,用高能Al+、Cr+离子轰击硬质合金基体;S3.AlCrN过渡层的制备:将基体支架偏压调至-100~-180V,通入250~300sccm的氮气,调节气压至1.5~3Pa,沉积得AlCrN过渡层;S4.AlCrN/AlCrSiNiN功能层的制备:通入氮气并控制气压在1.5~3.0Pa,打开AlCr靶和AlCrSiNi靶的电弧靶电源...
【专利技术属性】
技术研发人员:王启民,刘喆人,许雨翔,张权,
申请(专利权)人:广东工业大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
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