本发明专利技术涉及钢工件表面上功能梯度纳米多层涂层的制备方法和包含所述功能梯度纳米多层涂层的制品。具体地，本发明专利技术公开了一种在钢工件表面上沉积功能梯度纳米多层涂层的方法以及在钢工件表面上沉积的所述功能梯度纳米多层涂层。本发明专利技术还涉及一种制品，该制品包含所述钢工件和沉积在所述钢工件表面上并覆盖至少一部分所述钢工件表面的所述功能梯度纳米多层涂层。所述功能梯度纳米多层涂层包括在所述钢工件表面上沉积的Cr基底层；在所述Cr基底层上沉积的CrN过渡层，在所述CrN过渡层上沉积的(Cr,Si)N梯度层，和在所述(Cr,Si)N梯度层上沉积的(Cr,Al,Si)N表面层。所述功能梯度纳米多层涂层的色泽以银灰色和仿不锈钢色为主，其整体厚度为3～5μm，表面硬度值达HV2000～3200。所述功能梯度纳米多层涂层具备高光洁度、高结合强度、高表面硬度，并且耐磨损、耐腐蚀性能优良。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种在钢工件表面上沉积功能梯度纳米多层涂层的方法以及在钢工 件表面上沉积的所述功能梯度纳米多层涂层。本专利技术还涉及一种制品，该制品包含所述钢 工件和沉积在所述钢工件表面上并覆盖至少一部分所述钢工件表面的所述功能梯度纳米 多层涂层。
技术介绍
在钢工件，尤其是不锈钢工件表面上形成耐磨耐蚀抗氧化涂层的传统方法是在其 表面电镀硬铬，但是电镀时产生的六价铬会严重污染环境，所以逐渐被真空离子镀（Ion Plating)覆氮化物涂层取代。CrN(氮化铬)涂层由于具有硬度高、韧性好、耐磨性佳、内应力 低、抗氧化性良、耐腐蚀性好以及化学稳定性好等优点;并且相对一般TiN涂层，其摩擦系数 更低且耐蚀性更好，具有良好的耐磨性和耐冲击性，因此氮化铬离子镀膜工艺研究备受关 注（参见例如：Cengiz Oner 等人，Surface Properties of CrN Coated Engine Cylinders，Materials and Design，2009,30:914_920;Essen Pvan 等人，Scratch Resistance and Wear of CrNx Coatings,Surface&Coatings Technology,2006,200: 3496-3502;Jagielski J等人，Effect of Chromium Nitride Coating on the Corrosion and Wear Resistance of Stainless Steel,Applied Surface Science,2000,156:47-64；Bayon R等人，Corrosion-Wear Behavior of PVD Cr/CrN Multilayer Coatings for Gear Appl i cat ion，Tribology International，2009，42:591-599;张栋等人，离子束辅助 磁控溅射沉积CrNx薄膜结构以及力学性能研究，真空科学与技术学报，2013,33(12) :158-162)。阴极电弧离子镀具有靶材离化率高，膜基结合力强等优点，但其沉积过程中会产生很 多大颗粒，影响薄膜的表面粗糙度。磁控溅射具有成膜粗糙度小、无大颗粒、光滑均匀的特 点。然而，反应磁控溅射无论是反应气体还是金属靶材的离化率都不高，获得薄膜往往孔洞 和缺陷较多，容易导致膜层结构不够致密且耐蚀性较差。目前，主要采用两种技术来去除大 颗粒污染，一是改进电弧源，尽量减少阴极靶所发射液态颗粒的数量及尺寸;二是在传输过 程中对液态颗粒进行磁过滤（参见例如：Coll B F等人，Design of vacuum arc-based sources，Surface and Coatings Technology, 1996,81(1):42_51)。磁过滤真空阴极弧沉 积(Filtered Cathodic Vacuum Arc Deposition)即通过磁场引导等离子体绕开障碍物， 而大颗粒却因呈电中性而撞在障碍物上，进而实现去除大颗粒，从而避免薄膜中"大颗粒" 问题的出现(参见例如:杨发展等人，直管磁过滤弧离子镀CrN涂层改善304不锈钢表面性能 研究，真空科学与技术学报，2011，31(1) :67-70)。但是，磁过滤真空阴极弧沉积镀膜效 率低的技术缺陷限制了其商业化推广应用；并且，过滤不彻底的大颗粒很容易被管壁反弹 造成靶材和腔体污染等。 最近的研究表明，采用高功率脉冲磁控派射(High power impulse magnetron sputtering,HIPIMS)沉积制备的CrN涂层更加致密、均勾、光滑(参见例如:Ehiasarian A P 等人，Comparison of microstructure and mechanical properties of chromium nitride-based coatings deposited by high power impulse magnetron sputtering and by the combined steered Cathodic arc/unbalanced magnetron technique，Thin Solid Films，2004,457(2):270_277;Alami J等人，On the relationship between the peak target current and the morphology of chromium nitride thin films deposited by reactive high power pulsed magnetron sputtering，Journal of Physics D:Applied Physics，2009,42:015304) dHIPMS技术是利用较高的脉冲峰值功率 和较低的脉冲占空比来产生高溅射金属离化率的一种磁控溅射技术，由于脉冲作用时间 短，其平均功率不高，这样阴极不会因过热而增加靶冷却的要求。同时，HIPIMS的峰值功率 约为1000~3000W/cm 2是普通磁控溅射的100倍，等离子体密度可以高达1018nf3数量级，溅射 材料离化率极高。Hipms的低能离子束流既可以改善沉积原子表面扩散能力，又可改善涂 层致密性和均匀性;同时，离子轰击可促进沉积原子的重复形核和再结晶，从而抑制在涂层 中贯穿性的柱状晶晶粒、促进晶粒细化、改善涂层性能（参见例如：Helmersson U等人， Ionized physical vapor deposition(IPVD):A review of technology and applications，Thin Solid Films, 2006,513( 1/2): 1-24； Sarakinos K等人，High power pulsed magnetron sputtering:A review on scientific and engineering state of the art，Surface and Coatings Technology，2010,204(ll): 1661-1684)。高功率脉冲磁 控溅射的最大问题是涂层的沉积速率大幅下降，平均功率相同的情况下，沉积速率只有直 流磁控派射的25% ~35% (参见例如：Helmersson U等人，Ionized physical vapor deposition(IPVD): A review of technology and applications，Thin Solid Films , 2006,513(1/2) :1-24)。为解决这个问题，Lin等人和Hauzer公司（参见例如：Lin J等人， Recent advances in modulated pulsed power magnetron sputtering for surface engineering,J0M,2011,63(6):48-58；Lin J等人，High本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种在钢工件表面上沉积功能梯度纳米多层涂层的方法，该方法包括如下步骤：S400通过空心阴极电子束辅助脉冲偏压多弧离子镀在所述钢工件表面上沉积Cr基底层；S500通过空心阴极电子束辅助脉冲偏压多弧离子镀在所述Cr基底层上沉积CrN过渡层；S600通过空心阴极电子束辅助脉冲偏压多弧离子镀在所述CrN过渡层上沉积(Cr,Si)N梯度层；S700通过空心阴极电子束辅助多弧离子镀与脉冲偏压离子束辅助磁控溅射在所述(Cr,Si)N梯度层上沉积(Cr,Al,Si)N表面层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵可沦，刘海华，王永宁，
申请(专利权)人：珠海罗西尼表业有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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