本发明专利技术涉及一种Ti‑Al‑Mo‑N多组元硬质梯度膜及其制备方法和应用；属于特种材料制备技术领域。本发明专利技术所Ti‑Al‑Mo‑N多组元硬质梯度膜以质量百分比计包括下属组分：Ti 55％‑85％、Al 8％‑30％、Mo 4％‑15％、N 3％‑25％。所述梯度膜通过电弧离子镀制备成具有基体/TiN/Ti‑Al‑Mo‑N的涂层；该涂层可用于造纸、印刷领域。本发明专利技术组分设计合理，工艺简单，便于大规模的应用，尤其是在印刷领域大规模的应用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜及其制备方法和应用；属于特种材料制备
技术介绍
电弧离子镀是在阴极与阳极触发引燃电弧,弧光放电仅在靶材表面的一个或几个密集的弧斑处进行,弧斑在阴极靶材表面以每秒几十米的速度做无规则运动整个靶材均匀消耗,在阴极电弧沉积中,沉积材料是受真空电弧的作用而得到蒸发,在电弧线路中源材料作为阴极,大多数电弧的基本过程皆发生在阴极区电弧点,电弧点的典型尺寸为几微米,并且有非常高的电流密度。通过电弧蒸发所得到的蒸发物由电子，离子，中性气相原子和微粒组成。从阴极直接产生等离子体不用熔池,阴极靶材可根据工件形状在任意方向布置,使夹具大大简化。电弧离子镀因其沉积率高，镀膜前对工件清洗工艺简单且对环境无影响，因此得到迅猛发展。在真空条件下，利用气体辉光放电使气体离化，产生离子轰击效应，最终将蒸发物和反应物沉积在基体上。电弧离子镀所沉积的产品一般膜层附着力强，高能粒子的不断轰击可以促进膜层的表面扩散和化学冶金结合；相比于化学镀、电镀、热喷涂而言电弧离子镀产品膜层均匀性较好、膜层密度大，膜层沉积速率快，受热均匀性好。电弧离子镀TiN产品硬度一般能达到2000HV左右，随时工艺的革新，早在TiN兴起时便时常拿来与Al2O3比较。当电弧离子镀TiN引入Al元素后形成TiAlN产品，由于Al的加入高温下Al向表面扩散，会形成一层氧化铝保护膜，这层膜对于涂层的耐磨，耐蚀性能帮助很大。目前采用电弧离子镀技术制备多组元膜层的主要研究点是：1.合金靶材和纯金属靶材的组合使用和成分问题。2.膜基之间的结合力，膜层与膜层之间的结合力问题。3.最大程度增强硬度。但是到目前为止，在基体上如SKD2油墨刮刀表面用电弧离子镀的方法制备耐磨耐蚀Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度涂层材料，在国内外尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的缺陷，提供一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜及其制备方法和应用。本专利技术一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜；以质量百分比计包括下述组分：Ti 55％-85％、优选为67％-83％、进一步优选为70％-80％；Al 8％-30％、优选为10％-21％、进一步优选为12％-20％；Mo 4％-15％、优选为4％-12％、进一步优选为5％-10％；N 3％-25％、优选为3％-23％、进一步优选为3％-22％。本专利技术一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的制备方法，包括下述方案：以Ti-Al-Mo合金靶为原料，通过电弧离子镀，在工件表面制备得到Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜；电弧离子镀前，控制沉积炉内的真空度小于等于0.03Pa；沉积时，控制炉内N气压强为2.2-2.66Pa，控制Ti-Al-Mo合金靶的电流为70-80A、控制工件转速为4～6r/min，控制施镀温度为450-500℃；所述Ti-Al-Mo合金靶以质量百分比计包括下述组分：Ti 55％-85％；Al 10％-30％；Mo 5％-15％。本专利技术一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的制备方法，电弧离子镀时，控制沉积时间为20-30min。本专利技术一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的制备方法，所述Ti-Al-Mo合金靶的制备方法为：按设计组分配取纯钛、纯铝、Ti-Mo中间合金作为原料，对所配取的原料进行至少2次、优选为3次真空冶炼，得到所述Ti-Al-Mo合金靶。所述纯钛为工业纯钛，其纯度大于等于99.9％；所述纯铝为工业高纯Al，其纯度大于等于99.9％；所述Ti-Mo中间合金中杂质的质量百分含量小于0.1％。本专利技术一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的应用，包括将所述Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜用作涂层，所述涂层的结构为基体/TiN/Ti-Al-Mo-N。作为优选，本专利技术一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的应用，所述涂层中TiN的厚度为0.5-1.2微米。所述TiN中N的质量百分含量为16-25％，余量为Ti。作为优选，本专利技术一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的应用，所述涂层中Ti-Al-Mo-N的厚度为1.5-3.0微米。作为优选，本专利技术一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的应用，所述基体选自SKD1油墨刮刀、SKD2油墨刮刀、ROE油墨刮刀、ABE油墨刮刀、SKH-2油墨刮刀中的至少一种，优选为SKD2油墨刮刀。作为优选，本专利技术一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的应用，所述涂层的制备方法包括下述步骤：步骤一将表面清洁且表面光洁度Ra为0.07-0.09um、优选为0.08um的基材置于电弧离子镀设备内，抽真空至电弧离子镀设备内的压力为0.03-0.003Pa，然后通入氩气至电弧离子镀设备内的压力为0.16-0.22Pa时，开启低能离子源，控制电弧离子镀设备内的温度为200℃-250℃，控制加速电压为2.3-6.0Kv、优选为4.0Kv，弧流为80-100A、对基材进行活化清洗；得到活化基材；步骤二以纯Ti为Ti靶材，将Ti靶材以及步骤一所得活化基材置于电弧离子镀设备内，抽真空至电弧离子镀设备内的压力为0.03-0.003Pa，同时控制活化基体的偏压为-400～-450V；然后通入N气至电弧离子镀设备内的N气的分压为1.2-1.4Pa(由于反应膜腔内只有一种反应气体，所以N气分压即为总压。)并控制Ti靶材的电流为55-60A，进行电弧离子镀，最后关闭控制电源，随电弧离子镀设备冷却至室温，得到带有TiN层的基材；进行电弧离子镀时，控制活化基材的转速为4～6r/min、控制施镀温度为380-400℃；步骤三将步骤二所得带有TiN层的基材和Ti-Al-Mo合金靶置于电弧离子镀设备内，抽真空至电弧离子镀设备内的压力为0.03-0.003Pa，同时控制活化基体的偏压为-400～-450V，通入N气至电弧离子镀设备内的N气的分压为2.2-2.66Pa，并控制Ti-Al-Mo合金靶的电流为70-80A，进行电弧离子镀，得到所述涂层；进行电弧离子镀时，控制带有TiN层的基材的转速为4～6r/min、控制施镀温度为450-500℃。作为优选方案，步骤一中，对基材进行活化清洗10-15min。在工业化应用时，表面清洁且表面光洁度Ra为0.07-0.09um的基材是通过下述方案制备的：将基体(如SKD2油墨刮刀基体)在抛光机上进行机械抛光，抛光至Ra0.08um左右。抛光试样清水清洗干净，烘干置于试样盘中。用脱脂棉蘸取丙酮擦拭施镀表面，除去表面油污、锈蚀、氧化层和杂质。丙酮擦拭完毕后，清水冲洗，放出呈有酒精的烧杯中超声清洗10-15min。超声完毕，取出去离子水清洗，烘干，待镀。作为优选方案，步骤二中，进行电弧离子镀的时间为15-20min。作为优选方案，步骤三中，进行电弧离子镀的时间为时间20-30min。作为优选方案，步骤三中，进行电弧离子镀结束后，关闭控制电源，随电弧离子镀设备冷却至室温。作为优选方案，所述电弧离子镀设备为Bulat-6型多弧离子镀膜机。镀膜机由真空系统、镀膜系统、以及电气控制系统组成，无附加磁过滤系统。镀膜室内有三个弧源，选用左右两侧弧源起弧沉积。当所述电弧离子镀设备为Bulat-6型多弧离子镀膜机时，所述Ti靶材为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种Ti‑Al‑Mo‑N多组元硬质梯度膜；其特征在于以质量百分比计包括下述组分：
【技术特征摘要】
1.一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜；其特征在于以质量百分比计包括下述组分：2.一种制备如权利要求1所述的Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的方法，其特征在于包括下述方案：以Ti-Al-Mo合金靶为原料，通过电弧离子镀，在工件表面制备得到Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜；电弧离子镀前，控制沉积炉内的真空度小于等于0.03Pa；沉积时，控制炉内N气压强为2.2-2.66Pa，控制Ti-Al-Mo合金靶的电流为70-80A、控制工件转速为4～6r/min，控制施镀温度为450-500℃；所述Ti-Al-Mo合金靶以质量百分比计包括下述组分：Ti 55％-85％；Al 10％-30％；Mo 5％-15％。3.根据权利要求2所述的一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的制备方法，其特征在于：电弧离子镀时，控制沉积时间为20-30min。4.根据权利要求2所述的一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的制备方法，其特征在于；所述Ti-Al-Mo合金靶的制备方法为：按设计组分配取纯钛、纯铝、Ti-Mo中间合金作为原料，对所配取的原料进行至少2次真空冶炼，得到所述Ti-Al-Mo合金靶。5.一种如权利要求1所述的Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的应用，其特征在于：包括将所述Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜用作涂层，所述涂层的结构为基体/TiN/Ti-Al-Mo-N。6.根据权利要求5所述的一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的应用，其特征在于：所述涂层中TiN的厚度为0.5-1.2微米。所述TiN中N的质量百分含量为16-25％，余量为Ti；所述涂层中Ti-Al-Mo-N的厚度为1.5-3.0微米。7.根据权利要求5所述的一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯度膜的应用，其特征在于：所述基体选自SKD1油墨刮刀、SKD2油墨刮刀、ROE油墨刮刀、ABE油墨刮刀、SKH-2油墨刮刀中的至少一种。8.根据权利要求5所述的一种Ti-Al-Mo-N多组元硬质梯...
【专利技术属性】
技术研发人员：周宏明，刘亚雄，李荐，胡雪仪，简帅，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43
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