涂层及其制备方法和器具技术

本发明专利技术公开了一种涂层及其制备方法和器具，其中涂层包括用于与基底接触的第一涂层以及层叠在第一涂层之上的第二涂层，其中，第一涂层的组分以原子数量百分比含量计包括47％～53％的Cr以及47％～53％的N；第二涂层的组分以原子数量百分比含量计包括25％～40％的Cr、4％～15％的Si、1％～15％的B、1％～10％的Ni以及45％～55％的N，非晶α

【技术实现步骤摘要】
涂层及其制备方法和器具


[0001]本专利技术涉及金属合金材料领域，特别是涉及一种涂层及其制备方法和器具。

技术介绍

[0002]刀具切削加工技术的发展对刀具的材料和性能提出了更高的要求，干式、高速以及高精度切削已成为刀具切削发展的重要方向。传统方法通过在刀具表面沉积硬质涂层成为改善和提高刀具切削性能的重要途径。CrN镀膜作为常用的硬质涂层具有高硬度、抗氧化性以及耐腐蚀等特性。而利用电弧离子镀制备的CrN膜内应力低、韧性好以及耐磨性好的同时，还具有精细晶粒结构、结合力强、化学稳定性高以及700℃以下良好的热稳定性。虽然CrN膜不但可作为耐磨涂层和切削工具的表面强化，而且在表面防腐和装饰等许多工业领域也有重要用途，但是CrN的使用温度一般在900℃左右，刀具在干式高速切削会带来刀具表面温度达到950℃甚至1000℃以上，限制了该涂层刀具的使用。

技术实现思路

[0003]基于此，有必要提供一种具有良好的抗高温氧化性、高温稳定性以及高温耐磨性的涂层及其制备方法和器具。
[0004]本专利技术提供一种涂层，包括用于与基底接触的第一涂层以及层叠在所述第一涂层之上的第二涂层，所述第二涂层包括非晶α
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Si3N4相、非晶α
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BN相、CrN相与金属Ni相，所述非晶α
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Si3N4相、非晶α
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BN相与金属Ni相包裹所述CrN相；其中，
[0005]所述第一涂层的组分以原子数量百分比含量计包括47％～53％的Cr以及47％～53％的N；
[0006]所述第二涂层的组分以原子数量百分比含量计包括25％～40％的Cr、4％～15％的Si、1％～15％的B、1％～10％的Ni以及45％～55％的N。
[0007]在其中一个实施例中，所述第一涂层的厚度为0.2μm～1μm。
[0008]在其中一个实施例中，所述第二涂层的厚度为1.5μm～10μm
[0009]本专利技术还提供一种上述的涂层的制备方法，包括以下步骤：
[0010]S10：按照所述第一涂层的组分配制原料，在所述基底上制备第一涂层；
[0011]S20：按照所述第二涂层的组分配制原料，在所述第一涂层的表面上制备第二涂层，其中，所述第二涂层包括非晶α
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Si3N4相、非晶α
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BN相、CrN相与金属Ni相，所述非晶α
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Si3N4相、非晶α
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BN相与金属Ni相包裹所述CrN相。
[0012]在其中一个实施例中，制备第一涂层的方法与制备第二涂层的方法各自独立地选自电弧离子镀和磁控溅射中的至少一种。
[0013]在其中一个实施例中，在步骤S10中，包括在氮气气氛下，调整气压在1Pa～5Pa，基底偏压为
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20V～
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250V，对Cr靶材进行电弧放电蒸发，靶材电流为80A～200A，利用制备所述第一涂层。
[0014]在其中一个实施例中，在步骤S20中，包括在氮气气氛下，调整气压在1Pa～8.0Pa，
基体偏压为
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20～
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280V，对CrSiBNi靶材进行电弧放电蒸发，靶材电流为80A～250A，制备所述第二涂层。
[0015]在其中一个实施例中，在步骤S20中，包括在氮气气氛下，调整气压在1.0～5.0Pa，基体偏压为
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20V～
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200V，对CrSiBNi合金靶材进行高功率脉冲磁控溅射，电源功率为1kW～10kW，峰值电压为800V～900V，高功率频率为55kHz～65kHz，制备所述第二涂层。
[0016]在其中一个实施例中，在步骤S10之前还包括对所述基底进行离子轰击清洗的步骤：包括通入氩气，调整气压为0.1Pa～1.5Pa，调整基底偏压为
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50V～
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300V，利用电弧增强辉光放电电源或者离子源电源，对基底表面进行氩离子刻蚀。
[0017]进一步地，本专利技术还提供一种器具，包括基底，以及附着在所述基底表面的如上述的涂层。
[0018]上述依次形成的第一涂层与第二涂层的复合结构中第一涂层作为过渡层，可以促进涂层与工件等基底间的结合，作为主要支撑的第二涂层主要由非晶α
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Si3N4相、非晶α
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BN相、CrN相与金属Ni相组成，其中非晶α
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Si3N4相、非晶α
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BN相与金属Ni相作为界面相包裹在纳米晶相CrN的周围，形成纳米复合结构。非晶α
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Si3N4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扩散，与非晶α
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BN相配合还能进一步提高抗高温氧化性、高温稳定性以及高温耐磨性，金属Ni相可以起到吸收塑性变形功和断裂功的作用，增强涂层的断裂韧性。上述涂层具有优异的抗高温氧化性、高温稳定性以及高温耐磨性的同时，还兼具高硬度以及较好的断裂韧性。
具体实施方式
[0019]本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术的公开内容理解的更加透彻全面。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
[0020]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
[0021]本专利技术中的词语“优选地”、更优选地”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本专利技术实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本专利技术的范围之外。
[0022]当本文中公开一个数值范围时，上述范围视为连续，且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及所有的子范围。
[0023]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涂层，其特征在于，包括用于与基底接触的第一涂层以及层叠在所述第一涂层之上的第二涂层，所述第二涂层包括非晶α
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Si3N4相、非晶α
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BN相、纳米晶CrN相与金属Ni相，所述非晶α
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Si3N4相、非晶α
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BN相与金属Ni相包裹所述纳米晶CrN相；其中，所述第一涂层的组分以原子数量百分比含量计包括47％～53％的Cr以及47％～53％的N；所述第二涂层的组分以原子数量百分比含量计包括25％～40％的Cr、4％～15％的Si、1％～15％的B、1％～10％的Ni以及45％～55％的N。2.如权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述第一涂层的厚度为0.2μm～1μm。3.如权利要求1或2所述的涂层，其特征在于，所述第二涂层的厚度为1.5μm～10μm。4.一种如权利要求1～3任一项所述的涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S10：按照所述第一涂层的组分配制原料，在所述基底上制备第一涂层；S20：按照所述第二涂层的组分配制原料，在所述第一涂层的表面上制备第二涂层，其中，所述第二涂层包括非晶α
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Si3N4相、非晶α
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BN相、CrN相与金属Ni相，所述非晶α
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Si3N4相、非晶α
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BN相与金属Ni相包裹所述CrN相。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，制备第一涂层的方法与制备第二涂层的方法各自独立地选自电弧离子镀和磁控...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海天，李立升，郑礼伟，陈松，杨恺，
申请(专利权)人：东莞市华升真空镀膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：