磁控溅射技术制备的Nb‑B‑N纳米复合涂层及应用制造技术

本发明专利技术涉及一种NbN和NbB2的复合涂层。它是利用多靶磁控溅射技术，首先研究在N2环境下各工艺参数对NbN、NbB2单层膜性能的影响，找到制硬的主要因素为基底偏压和退火温度对薄膜涂层的影响。然后对NbN和NbB2的复合涂层结构进行实验设计并实验，在最佳配比：基底偏压为‑160 V，生成纳米复合涂层是纳米晶包裹非晶的结构，这种结构能够抑制位错的形成，从而提高薄膜的机械性能，随后在真空条件下进行300 ℃高温退火，最终得到纳米硬度和弹性模量达27.5 GPa 和287.52 GPa的Nb‑B‑N纳米复合涂层。硬质Nb‑B‑N纳米复合涂层具有较高硬度、高膜基结合力，良好耐摩擦性能和热稳定性的优良机械特性。NbN和NbB2的复合涂层在切削工具、机械零部件等领域将有重要的应用前景。

The composite coating and application of Nb B N nanoparticles prepared by magnetron sputtering.

The invention relates to a composite coating of NbN and NbB2. It is the use of magnetron sputtering technology, the first study of the process parameters in the N2 environment influence on the performance of NbN and NbB2 layer, find the main factors for the influence of hard substrate bias voltage and annealing temperature on film coating. Then the composite coating structure of NbN and NbB2 in experimental design and experiment, in the best ratio: 160 substrate bias voltage is V, generation of nano composite coatings is amorphous nano crystal package structure, this structure can inhibit the formation of dislocation, so as to improve the mechanical properties of the films, followed by 300 high temperature annealing in vacuum under the condition of Nb B N obtained nano composite coating nano hardness and elastic modulus of 27.5 GPa and 287.52 GPa. Nb B N hard nano composite coating has high hardness, high adhesion, good anti friction performance and thermal stability, excellent mechanical properties. The composite coatings of NbN and NbB2 will have important application prospects in the fields of cutting tools, mechanical parts and so on.

【技术实现步骤摘要】
磁控溅射技术制备的Nb-B-N纳米复合涂层及应用本专利技术得到国家863计划资助项目(2015AA034702)，国家自然科学基金项目(51472180，51272176)的资助。
本专利技术属于硬质涂层领域。特别是涉及一种JGP-450型磁控溅射沉积系统制备Nb-B-N纳米复合涂层，利用磁控溅射技术合成由氮化铌和二硼化铌组成的具有较高硬度、高膜基结合力，良好耐摩擦性能和热稳定性表面强化纳米复合涂层的新工艺。
技术介绍
近几十年来，由于薄膜材料具有表面防护和功能性(热学、光学、电学和力学等)作用，已被广泛应用于机械制造、新材料、航空航天、能源、信息产业、生物技术和食品加工等多个领域。薄膜材料的种类有很多，其中纳米结构薄膜以及纳米功能薄膜是两种主要的类型。其中功能薄膜包含光学薄膜、光伏薄膜、锂离子电池薄膜等，而声、电、光、磁等是其具有特殊的特性。这也说明功能薄膜具有多种类型和非常广泛的应用。另一类薄膜是结构薄膜，通过改变纳米粒子的结构、取向，形成很多的界面，使位错运动变得困难，提高了薄膜的力学方面的性能。硬质薄膜就属于结构薄膜。硬质薄膜主要是研究合成超硬材料，超硬材料作为切削工具的表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硬质Nb‑B‑N纳米复合涂层，其特征是在氮气（N2）环境下，由NbN(99.99%)靶和NbB2(99.99%)靶通过射频和脉冲直流磁控溅射的方式在硅（Si）基底上同时沉积NbN和NbB2制备Nb‑B‑N纳米复合涂层；其中NbN和NbB2沉积量分别为60%、40%，总层厚为500‑600纳米。

【技术特征摘要】
1.一种硬质Nb-B-N纳米复合涂层，其特征是在氮气（N2）环境下，由NbN(99.99%)靶和NbB2(99.99%)靶通过射频和脉冲直流磁控溅射的方式在硅（Si）基底上同时沉积NbN和NbB2制备Nb-B-N纳米复合涂层；其中NbN和NbB2沉积量分别为60%、40%，总层厚为500-600纳米。2.权利要求1所述Nb-B-N纳米复合涂层的制备方法，其特征是：利用JGP-450型磁控溅射沉积系统，基底温度为室温，设计一组不同基底偏压为0V~-200V的Nb-B-N纳米复合涂层作比较实验，用Ar+分别轰击NbN和NbB2两个靶，同时通入氮气，在硅（Si）基底上同时沉积NbN和NbB2制备Nb-B-N纳米复合涂层，采用机械泵和分子泵，本底真空2.0×10-4Pa~3.0×10-4Pa，气压值由电离规管来测量，沉积过程中溅射气体选用纯Ar2，用质量流量控制器控制其流量分别保持在40～41sccm；沉积过程中总的工作气压保持在0.5Pa~0.55Pa之间，其中NbN和NbB2沉积量分别为60%、40%，总层厚为500-600纳米。3.权利要求2所述的制备方法，其中所采用的硅（Si）片...

【专利技术属性】
技术研发人员：董磊，时永治，李德军，
申请(专利权)人：天津师范大学，
类型：发明
国别省市：天津,12