氮化物涂层制备方法、氮化物涂层及其应用技术

本申请涉及氮化物涂层领域，具体公开了一种氮化物涂层制备方法、氮化物涂层及其应用。氮化物涂层制备方法，包括：采用多弧离子镀在基材上镀制Cr中间过渡层；将多弧离子镀电源接连AlCrWSi靶，磁控溅射电源接连AlCrSi靶；多弧离子镀和磁控溅射同时作用，在基材上镀制AlCrSiWN功能层。氮化物涂层，采用上述氮化物涂层制备方法制得；氮化物涂层包括AlCrSiWN功能层以及设置在AlCrSiWN功能层和基材之间的Cr中间过渡层。刀具，其表面镀制有上述氮化物涂层。本申请所制得的氮化物涂层具有较高的硬度、较佳的耐磨性以及较好的耐高温性；将该涂层镀制在刀具上，赋予了刀具良好的硬度、耐磨性和耐高温性，使刀具在加工过程中能保持良好的切削稳定性，同时还增加了刀具的使用寿命。同时还增加了刀具的使用寿命。同时还增加了刀具的使用寿命。

【技术实现步骤摘要】
氮化物涂层制备方法、氮化物涂层及其应用


[0001]本申请涉及氮化物涂层的领域，更具体地说，它涉及一种氮化物涂层制备方法、氮化物涂层及其应用。

技术介绍

[0002]物理气相沉积法（Physical Vapor Deposition，简称：PVD）制备涂层，顾名思义是以物理的方式，通过物质产生相变化而制备涂层的技术。如蒸镀是藉由蒸镀源将欲涂层的固体靶材加热至变成气态后使之涂层在基材表面上的一项技术。而溅镀则通过高能量的原子碰撞靶材并产生动量转移现象，将靶材原子轰击出来并沉积于基材表面而形成涂层。工具镀所使用大多为多弧离子镀的方式，其采用电弧放电的方法，从固体的靶材上直接蒸发金属离子，并沉积到基材表面形成涂层。
[0003]氮化物涂层作为一层覆盖在基体材料外的固态连续膜，由于多具有较高的硬度，而在切削刀具等领域有着广泛的使用。氮化物涂层可由多弧离子镀、磁控溅射等方式制得。如通过多弧离子镀的方式可制得TiN、CrN、AlTiN、TiCN、AlCrSiN及TiSiCN等氮化物涂层。
[0004]目前，随着工业加工向高速化发展，对切削刀具的要求越来越严苛；通常要求切削刀具具有高硬度、高耐磨性与耐高温性，使刀具具有良好的切削稳定性，并增加刀具的加工寿命。因此，对于镀制在刀具表面，起增硬耐磨作用的氮化物涂层也提出了更高的要求；制备具有高硬度、高耐磨性以及耐高温的氮化物涂层，以使切削刀具具有良好的切削稳定性和使用寿命成了目前研究的热点之一。

技术实现思路

[0005]为了能制备出具有高硬度、高耐磨性以及耐高温的氮化物涂层，使刀具在加工过程中保持良好的切削稳定性，并增加刀具表面的耐磨保护性，进而增加刀具加工寿命，本申请提供一种氮化物涂层制备方法、氮化物涂层及其应用。
[0006]第一方面，本申请提供一种氮化物涂层制备方法，采用如下的技术方案：氮化物涂层制备方法，包括：采用多弧离子镀在基材上镀制Cr中间过渡层；将多弧离子镀电源接连AlCrWSi靶，磁控溅射电源接连AlCrSi靶；多弧离子镀和磁控溅射同时作用，在基材上镀制AlCrSiWN功能层。
[0007]通过采用上述技术方案，多弧离子镀电源接连AlCrWSi靶，藉由多弧离子源的高能量而获得大量的等离子体进而形成高纯度氮化物薄膜，使氮化物涂层具有良好的致密性与高硬度。另一方面，以磁控溅射电源接连AlCrSi靶，相较于多弧离子镀，溅射电源能量较低，可以对AlCrSiWN功能层的成分进行优化微调，使AlCrSiWN功能层中的钨元素和硅元素达到较佳配比进而提高了氮化物涂层的硬度、耐磨性以及耐高温性。同时，使用多弧离子镀技术镀制Cr中间过渡层，可以提高AlCrSiWN功能层和基材之间的结合性，从而进一步提高了氮化物涂层的硬度、耐磨性以及耐高温性。
[0008]可选的，所述AlCrWSi靶的电流控制在45~65A，所述AlCrSi靶的电流控制在0.8~1.2A。
[0009]通过采用上述技术方案，随着AlCrWSi靶电流的提高，AlCrSiWN功能层中钨元素的含量提高，从而提高了氮化物涂层的韧性使刀具在加工过程中可承受更多振动而不易崩损，对提高氮化物涂层及刀具的耐磨性和使用寿命具有积极意义。另一方面，随着AlCrSi靶电流的提高，AlCrSiWN功能层中硅元素的含量增加，硅能够在氮化物涂层内形成一层非晶态的SiN
x
，该层SiN
x
具有抑止晶粒成长使氮化物涂层结构致密的功能，从而有利于氮化物涂层硬度的提高，同时也能够有效改善氮化物涂层的耐高温氧化能力，赋予氮化物涂层良好的耐高温性能。通过对AlCrWSi靶电流和AlCrSi靶电流的配伍，可以获得具有高硬度、高耐磨性以及耐高温的氮化物涂层；同时也利于改善氮化物涂层表面的粗糙度。
[0010]可选的，镀制所述AlCrSiWN功能层时：工作气氛为氮气，工作压力为1
×
10
‑2~3
×
10
‑2mbar，工作温度为300~450℃，基材偏压为
‑
100~
‑
50V。
[0011]通过采用上述技术方案，优化了控制参数，有利于获得更好性能的氮化物涂层。
[0012]可选的，镀制所述AlCrSiWN功能层的时间为40~80min。
[0013]通过采用上述技术方案，镀制时间在40~80min的范围内，有利于获得性能优良的氮化物涂层。
[0014]可选的，镀制所述Cr中间过渡层时：工作气氛为氩气，工作压力为3
×
10
‑2~5
×
10
‑2mbar，工作温度为350~500℃，靶材为Cr，靶材电流为40~60A，基材偏压为
‑
80~
‑
50V，镀制时间为4~8min。
[0015]可选的，采用多弧离子镀在镀制所述Cr中间过渡层前对基材进行金属离子刻蚀；对基材进行金属离子刻蚀时：工作气氛为氩气，氩气流速为100~120sccm，工作压力为3
×
10
‑2~5
×
10
‑2mbar，靶材为Cr，靶材电流为45~55A，基材偏压为
‑
575~
‑
525V，刻蚀时间为5~15min。
[0016]通过采用上述技术方案，通过多弧离子镀技术而获得大量等离子并轰击基材，对基材表面进行金属离子刻蚀，有利于使基材表面活化，从而有利于后续氮化物涂层的镀制以及氮化物涂层与基材的结合。
[0017]可选的，还包括：在对基材进行金属离子刻蚀前对其进行氩离子辉光清洁；氩离子辉光清洁时：氩气流速为90~120sccm，工作压力为3
×
10
‑2~5
×
10
‑2mbar，基材偏压为
‑
575~
‑
525V，清洁时间为3~8min。
[0018]通过采用上述技术方案，去除基材表面的碳氢氧化合物，有利于提高氮化物涂层与基材的结合性。
[0019]第二方面，本申请提供一种氮化物涂层，采用如下的技术方案：氮化物涂层，采用上述氮化物涂层制备方法制得；所述氮化物涂层包括AlCrSiWN功能层以及设置在AlCrSiWN功能层和基材之间的Cr中间过渡层。
[0020]通过采用上述技术方案，Cr中间过渡层的设置提高了AlCrSiWN功能层与基材的结合性。
[0021]可选的，所述AlCrSiWN功能层中硅含量为8~12at.%、钨含量为3~5at.%。
[0022]第三方面，本申请提供一种刀具，采用如下的技术方案：刀具，表面镀制有上述氮化物涂层。
[0023]通过采用上述技术方案，通过氮化物涂层的镀制，提高了刀具的硬度、耐磨性以及耐高温性，从而使刀具在加工过程中保持良好的切削稳定性，并增加了刀具加工的寿命。
[0024]综上所述，本申请至少具有以下有益技术效果之一：1、本申请本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.氮化物涂层制备方法，其特征在于：包括：采用多弧离子镀在基材上镀制Cr中间过渡层；将多弧离子镀电源接连AlCrWSi靶，磁控溅射电源接连AlCrSi靶；多弧离子镀和磁控溅射同时作用，在基材上镀制AlCrSiWN功能层。2.根据权利要求1所述的氮化物涂层制备方法，其特征在于：所述AlCrWSi靶的电流控制在45~65A，所述AlCrSi靶的电流控制在0.8~1.2A。3.根据权利要求2所述的氮化物涂层制备方法，其特征在于：镀制所述AlCrSiWN功能层时：工作气氛为氮气，工作压力为1
×
10
‑2~3
×
10
‑2mbar，工作温度为300~450℃，基材偏压为
‑
100~
‑
50V。4.根据权利要求3所述的氮化物涂层制备方法，其特征在于：镀制所述AlCrSiWN功能层的时间为40~80min。5.根据权利要求1所述的氮化物涂层制备方法，其特征在于：镀制所述Cr中间过渡层时：工作气氛为氩气，工作压力为3
×
10
‑2~5
×
10
‑2mbar，工作温度为350~500℃，靶材为Cr，靶材电流为40~60A，基材偏压为
‑
80~
‑
50V，镀制时间为4~8min。6.根据权利要求1所述的氮化物涂层制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭裕竹，郭丰铭，
申请(专利权)人：科汇工业机械有限公司，
类型：发明
国别省市：