一种TiAlCrN微纳米涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种TiAlCrN微纳米涂层及其制备方法，包含依次沉积在基体上的Cr基础层，CrN过渡层和TiAlCrN表层，所述Cr基础层的厚度为0.1～0.2μm，所述CrN过渡层的厚度为0.3～0.6μm，所述TiAlCrN表层的厚度为1.6～2.2μm，本发明专利技术采用三层设计方式，以Cr作为基础层，CrN作为过渡层，不仅提高了涂层与基体之间的结合力，而且具有良好的摩擦性能和优异的韧性，尤其适用于铝合金、不锈钢切削加工，能够有效提高刀具的硬度和摩擦性能，延长刀具的使用寿命，加工表面粗糙度低，适应范围广，具有广阔的应用前景，有利于推广应用。有利于推广应用。有利于推广应用。

Tialcrn micro nano coating and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种TiAlCrN微纳米涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及涂层
，尤其涉及一种TiAlCrN微纳米涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，加工制造业及汽车、航空业中，大量的零部件加工刀具都在高温氧化、腐蚀等恶劣的环境下承受着强烈的摩擦磨损性作用，在广泛流行的干式切削的严酷条件下，对工具材料的性能要求越来越苛刻。而物理气相沉积(PVD)涂层工艺易于沉积高硬度、结合性好、韧性好、高致密性、抗磨、高耐腐蚀的涂层，不仅提高了严酷切削条件下刀具的寿命，而且加工效率、加工产品的质量都有了很大的提升。
[0003]TiAlN是目前较为广泛应用的一种涂层，具有优异的加工性能，但是其摩擦系数比较高，氧化性能也较差，这也制约了自身的发展。因此，急需开发一种TiAlCrN微纳米涂层及其制备方法以解决上述技术问题。
[0004]有鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种TiAlCrN微纳米涂层及其制备方法，采用三层设计方式，以Cr作为基础层，CrN作为过渡层，不仅提高了涂层与基体之间的结合力，而且具有良好的摩擦性能和优异的韧性，尤其适用于铝合金、不锈钢切削加工，能够有效提高刀具的硬度和摩擦性能，延长刀具的使用寿命，加工表面粗糙度低，适应范围广，具有广阔的应用前景，有利于推广应用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供的一种TiAlCrN微纳米涂层，包含依次沉积在基体上的Cr基础层，CrN过渡层和TiAlCrN表层，所述Cr基础层的厚度为0.1～0.2μm，所述CrN过渡层的厚度为0.3～0.6μm，所述TiAlCrN表层的厚度为1.6～2.2μm。
[0007]优选地，所述基体为硬质合金刀具或硬质合金锯片。
[0008]一种权利要求1所述的TiAlCrN微纳米涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0009]S1：对基体进行前期处理：先将基体进行喷砂处理，然后用超声波清洗机对基体进行清洗并进行烘干，通过前处理去除基体表面的氧化物、污染物和腐蚀物；
[0010]S2：在镀膜炉腔中对基体进行离子刻蚀清洗：将基体放入炉腔中，将炉腔抽真空，真空度为0.004～0.006mbar，炉腔加热至400～450℃，通入流量为180～230sccm的氩气，基体负偏压为600～800V，对基体进行离子刻蚀清洗；
[0011]S3：制备Cr基础层：炉腔真空度保持0.004～0.006mbar，温度保持400～450℃，调整控制Cr靶，Cr靶纯度为99.94％，于基体上沉积Cr基础层，控制Cr靶电流为110～150A，基体负偏压为450～650V，沉积时间为5～10min；
[0012]S4：制备CrN过渡层：炉腔真空度保持0.015～0.030mbar，温度保持400～450℃，向炉腔内通入流量为100～200sccm的氮气，控制Cr靶于经过S3处理过的基体上沉积CrN过渡层，调整控制Cr靶，Cr靶纯度为99.94％，电流为120～160A，基体负偏压为80～120V，沉积时
间为15～25min；
[0013]S5：制备TiAlCrN表层：炉腔真空度保持0.015～0.030mbar，温度保持400～450℃，向炉腔内通入流量为100～200sccm的氮气，通过阴极电弧沉积技术控制Cr靶、AlTi靶，Cr靶纯度为99.94％，AlTi靶中Al：Ti的原子数含量比为67：33，于经过S4处理过的基体上沉积TiAlCrN表层，控制Cr靶电流为90～160A，AlTi靶电流为100～160A，基体负偏压为60～120V，沉积时间为60～80min；
[0014]S6：炉腔冷却及TiAlCrN微纳米涂层后处理：将炉腔降温，待温度降低到200℃以下后，将基体出炉，待冷却至室温时，于经过S5处理过的基体进行抛光。
[0015]优选地，所述S2中，离子刻蚀清洗时间为10～15min。
[0016]优选地，所述S6中，抛光时间为10～20min，抛光速度为8～15m/s。
[0017]本专利技术提供的一种TiAlCrN微纳米涂层及其制备方法，具有如下有益效果。
[0018]本专利技术在TiAlN基础上引入Cr元素，Cr元素能有效细化TiAlCrN微纳米涂层晶粒，形成(Al,Cr)2O3，能够有效阻止氧元素向内扩散，抑制锐钛矿型TiO2向金红石型TiO2的转变，同时还能氧化形成致密的Cr2O3保护层，提高TiAlCrN微纳米涂层的抗氧化性能，除此之外，TiAlCrN微纳米涂层具有良好的硬度、更好的结合强度以及较低的摩擦系数，其涂层刀具和锯片在切削铝合金和不锈钢时，具有较长的使用寿命，能够满足加工需求，节约成本，提高生产效率与经济效益。
附图说明
[0019]图1为本专利技术提供的一种TiAlCrN微纳米涂层的结构示意图；
[0020]图2为本专利技术提供的一种TiAlCrN微纳米涂层的制备方法流程图；
[0021]图3为本专利技术实施例1的摩擦系数曲线图。
[0022]图中：
[0023]1.基体2.TiAlCrN微纳米涂层21.Cr基础层22.CrN过渡层23.TiAlCrN表层。
具体实施方式
[0024]下面结合具体实施例和附图对本专利技术做进一步说明，以助于理解本专利技术的内容。
[0025]如图1所示，为本专利技术提供的一种TiAlCrN微纳米涂层的结构示意图。该TiAlCrN微纳米涂层2包含依次沉积在基体1上的Cr基础层21，CrN过渡层22和TiAlCrN表层23，所述Cr基础层21的厚度为0.1～0.2μm，所述CrN过渡层22的厚度为0.3～0.6μm，所述TiAlCrN表层23的厚度为1.6～2.2μm。优选地，基体1为硬质合金刀具或硬质合金锯片。
[0026]如图2所示，为本专利技术提供的一种TiAlCrN微纳米涂层的制备方法流程图。该TiAlCrN微纳米涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0027]S1：对基体1进行前期处理：先将基体1进行喷砂处理，然后用超声波清洗机对基体1进行清洗并进行烘干，通过前处理去除基体1表面的氧化物、污染物和腐蚀物；
[0028]S2：在镀膜炉腔中对基体1进行离子刻蚀清洗：将基体1放入炉腔中，将炉腔抽真空，真空度为0.004～0.006mbar，炉腔加热至400～450℃，通入流量为180～230sccm的氩气，基体1负偏压为600～800V，对基体1进行离子刻蚀清洗10～15min；
[0029]S3：制备Cr基础层21：炉腔真空度保持0.004～0.006mbar，温度保持400～450℃，
调整控制Cr靶，Cr靶纯度为99.94％，于基体1上沉积Cr基础层21，控制Cr靶电流为110～150A，基体1负偏压为450～650V，沉积时间为5～10min；
[0030]S4：制备CrN过渡层22：炉腔真空度保持0.015～0.030mbar，温度保持400～450℃，向炉腔内通入流量为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiAlCrN微纳米涂层，其特征在于，包含依次沉积在基体上的Cr基础层，CrN过渡层和TiAlCrN表层，所述Cr基础层的厚度为0.1～0.2μm，所述CrN过渡层的厚度为0.3～0.6μm，所述TiAlCrN表层的厚度为1.6～2.2μm。2.根据权利要求1所述的一种TiAlCrN微纳米涂层，其特征在于，所述基体为硬质合金刀具或硬质合金锯片。3.一种权利要求1
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2任一所述的TiAlCrN微纳米涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对基体进行前期处理：先将基体进行喷砂处理，然后用超声波清洗机对基体进行清洗并进行烘干，通过前处理去除基体表面的氧化物、污染物和腐蚀物；S2：在镀膜炉腔中对基体进行离子刻蚀清洗：将基体放入炉腔中，将炉腔抽真空，真空度为0.004～0.006mbar，炉腔加热至400～450℃，通入流量为180～230sccm的氩气，基体负偏压为600～800V，对基体进行离子刻蚀清洗；S3：制备Cr基础层：炉腔真空度保持0.004～0.006mbar，温度保持400～450℃，调整控制Cr靶，Cr靶纯度为99.94％，于基体上沉积Cr基础层，控制Cr靶电流为110～150A，基体负偏压为450～650V，沉积时间为5～10min；S4：制备CrN过渡层：炉腔真空度保持0....

【专利技术属性】
技术研发人员：张而耕，王海洋，陈强，黄彪，周琼，梁丹丹，韩生，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：