一种TiN-TiN/TiSiN-TiSiN纳米多层梯度复合涂层及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种TiN

【技术实现步骤摘要】
一种TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及纳米多层复合涂层
，更具体地，涉及一种TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]刀具和模具分别被称为“工业牙齿”和“工业之母”，均为高端装备制造的基础工艺，其性能好坏直接决定产品的质量、生产效率及品牌效应，而影响刀具和模具性能的重要影响因素之一是其表面涂层的性能。
[0003]市场上用于刀具和模具的主流单一涂层TiN、TiSiN等存在硬度小导致耐磨性差、或结合力低导致涂层容易脱落等问题，其中，TiN是一种硬度小、且与基体结合力小的涂层，TiSiN则是一种硬度高、与基体结合力差的涂层。近年来，多层膜因高硬度和抗裂纹扩展能力而备受行业关注，但是其与基体界面热物性(硬度、弹性模量和热膨胀系数等)差异极大，使界面应力集中，导致涂层与基体结合力较低，例如，2015年《金属热处理》杂志发表的文章“TiN/TiSiN多层膜高温微动磨损特性”公开了一种TiN/TiSiN多层膜，它虽然具有高硬度，但是其与基体的结合力较低，仅为57N，使得涂层极为容易开裂、脱落，大大限制了TiN/TiSiN多层膜的应用。因此，提高TiN/TiSiN多层膜与基体的结合力有利于拓宽其应用领域和工业化生产规模，具有十分重要的研究意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的是克服TiN/TiSiN多层膜与基体结合力差的问题，提供一种TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层，本专利技术采用三种不同硬度的第一TiN层、TiN/TiSiN纳米多层和第一TiSiN层组成特定的纳米多层梯度复合结构，并配合一定厚度的TiN/TiSiN纳米多层来提高TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层的韧性、及其与基体的结合力，有利于拓展该涂层的应用领域和工业化生产规模。
[0005]本专利技术的另一目的是提供上述TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层的制备方法，本专利技术通过电弧离子镀设备依次在基体表面沉积第一TiN层、TiN/TiSiN纳米多层和第一TiSiN层，可实现TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层的制备，该制备方法具有操作简单、生产成本低、绿色环保等优点。
[0006]本专利技术的再一目的是提供上述TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层在刀具和模具制备中的应用。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]一种TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层，包括依次连接的第一TiN层、TiN/TiSiN纳米多层和第一TiSiN层，其中，所述第一TiN层为底层，底层与基体连接；所述TiN/TiSiN纳米多层为由第二TiN层与第二TiSiN层交替沉积组成的多层结构，所述多层结构为至少100层，所述TiN/TiSiN纳米多层的厚度为1.0～7.0μm。
[0009]专利技术人通过多次实验发现，涂层的硬度分布和厚度会影响其韧性、及与基体结合力的性能大小。
[0010]具体地，本专利技术采用硬度最小的第一TiN层、硬度适中的TiN/TiSiN纳米多层和硬度最大的第一TiSiN层组成特定的纳米多层梯度复合结构，并配合一定厚度的TiN/TiSiN纳米多层来提高TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层的韧性、及其与基体的结合力。
[0011]其中，不同硬度的括第一TiN层、TiN/TiSiN纳米多层和第一TiSiN层通过组成特定的纳米多层梯度复合结构来减少涂层内部缺陷、改善TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层与基体之间的热膨胀失配，达到降低TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层内应力的目的，进而提高涂层的韧性、及其与界面的结合力。
[0012]此外，一定厚度的TiN/TiSiN纳米多层可以减少TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层的纵向裂纹、并使纵向裂纹出现分叉和转向，达到改善涂层的断裂韧性、降低涂层与基体的界面应力的目的，从而进一步提高涂层的韧性、及其与界面的结合力。
[0013]优选地，所述第一TiN层的厚度为0.1～0.7μm，进一步优选为0.2～0.5μm。
[0014]优选地，每一所述第二TiN层的厚度为2～10nm；每一所述第二TiSiN层的厚度为2～10nm。
[0015]专利技术人通过多次实验发现，TiN/TiSiN纳米多层的第二TiN层与第二TiSiN层的先后交替顺序、以及最后的结束层是第二TiN层还是第二TiSiN层，均不会对本专利技术TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层的韧性、及其与界面的结合力造成影响。
[0016]优选地，所述TiN/TiSiN纳米多层的厚度为1.5～5.0μm。
[0017]本专利技术TiN/TiSiN纳米多层的厚度影响了TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层的韧性、及其与界面的结合力。
[0018]具体地，专利技术人通过多次实验发现，TiN/TiSiN纳米多层的厚度太大(大于7.0μm)，会增加TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层的内应力，进而增大该涂层的脆性；而厚度太小(小于1.0μm)，TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层抵抗外界作用力的能力较差，涂层易因界面应力集中而发生剥落，而且涂层的耐磨性也差。即TiN/TiSiN纳米多层的厚度不合适，则不能够改善涂层的断裂韧性，并降低涂层与基体的界面应力，进而不利于提高涂层的韧性、及其与界面的结合力。
[0019]优选地，所述第一TiSiN层的厚度为0.2～2μm，进一步优选为0.5～1.5μm。
[0020]上述TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层的制备方法，包括如下步骤：
[0021]使用电弧离子镀设备，先利用Ti靶在基体表面沉积第一TiN层；然后再利用Ti和TiSi靶在第一TiN层上交替沉积TiN/TiSiN纳米多层，最后再利用TiSi靶在TiN/Ti本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层，其特征在于，包括依次连接的第一TiN层、TiN/TiSiN纳米多层和第一TiSiN层，其中，所述第一TiN层为底层，底层与基体连接；所述TiN/TiSiN纳米多层为由第二TiN层与第二TiSiN层交替沉积组成的多层结构，所述多层结构为至少100层，所述TiN/TiSiN纳米多层的厚度为1.0～7.0μm。2.根据权利要求1所述TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层，其特征在于，所述TiN/TiSiN纳米多层的厚度为1.5～5.0μm。3.根据权利要求1所述TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层，其特征在于，每一所述第二TiN层的厚度为2～10nm；每一所述第二TiSiN层的厚度为2～10nm。4.根据权利要求1所述TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层，其特征在于，所述第一TiN层的厚度为0.1～0.7μm。5.根据权利要求1所述TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层，其特征在于，所述第一TiSiN层的厚度为0.2～2μm。6.根据权利要求5所述TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层，其特征在于，所述第一TiSiN层的厚度为0.5～1.5μm。7.权利要求1～6任一所述TiN
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TiN/TiSiN
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TiSiN纳米多层梯度复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：使用电弧离子镀设备，先利用Ti靶在基体表面沉积第一TiN层；然后再利用Ti和TiSi靶在第一TiN层上交替沉积TiN/TiSiN纳米多层，最后再利用TiSi靶在TiN/TiSiN纳米多层上沉积第一TiSiN层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈汪林，黄勇浩，李喆，王成勇，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：