一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层及其制备方法，该多层涂层包括基体(1)表面的TiN层(2)、TiAlN层(3)、TiAlSiN层(4)和TiAlSiCrN层(5)，所述的多层涂层总厚度为2.7～3.2μm；该方法具体为：采用物理气相沉积在基体(1)表面分层沉积TiN层(2)、TiAlN层(3)、TiAlSiN层(4)与TiAlSiCrN层(5)；所述的制备工艺参数包括：氮气体积流量为160～200sccm，真空度为2.0～4.2Pa，温度为400～500℃，刻蚀偏压为

【技术实现步骤摘要】
一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层及其制备方法


[0001]本专利技术属于物理气相沉积涂层
，涉及一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]采用物理气相沉积技术所制备的TiAlSiN涂层，由于具有高硬度、耐磨等特点而被广泛用于切削刀具领域。但该涂层的抗氧化性较差，这使刀具的寿命没有达到工业上的理想要求。
[0003]专利CN104862652A公开了一种TiAlSiN超硬梯度涂层的制备方法，包括一个对工件表面进行喷砂和清洗的步骤，一个采用阴极离子镀工艺对工件镀制TiAlSiN超硬梯度涂层的步骤，包括六个阶段，第一阶段制备Ti打底涂层；第二阶段制备TiN梯度涂层，第三阶段制备TiAl梯度涂层，第四阶段制备TiAlN梯度涂层，第五阶段制备SiN梯度涂层，第六阶段制备TiSiN梯度涂层，最后对涂层表面进行抛光处理。但该专利涂层的抗氧化性不强，在高速干式切削加工时由于温度过高，对涂层的抗氧化性要求较高，故该涂层并不能满足工业加工上的要求。
[0004]专利CN113493896A公开了一种物理气相沉积金属陶瓷复合自润介质涂层及制备方法，涂层包括通过物理气相沉积法依次设于基底上的Ti层、TiN层、TiCN层以及TiCN/a
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C层。但该专利涂层之间的热膨胀系数差值较大，残余应力大，结合力不高，容易剥落失效。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的至少一种缺陷而提供一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层及其制备方法，本专利技术结合强度高，抗氧化性较TiAlSiN涂层强，制备流程简单，涂层使用寿命得到了提高。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术的技术方案之一在于，提供一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层，该多层涂层包括基体表面的TiN层、TiAlN层、TiAlSiN层和TiAlSiCrN层，所述的多层涂层总厚度为2.7～3.2μm。
[0008]近些年来，向TiAlSiN涂层中掺杂Cr元素成为了研究重点，原因是掺杂Cr元素后的涂层具有很强的抗氧化性，因此获得性能优良的TiAlSiCrN涂层成为了关键突破技术。多层涂层的结构为TiN/TiAlN/TiAlSiN/TiAlSiCrN，由于TiN涂层本身与TiAlSiCrN涂层相比热膨胀系数相差较大，所述的涂层结构分布让相邻的涂层之间的热膨胀系数差变得更小，进而让涂层内的残余应力减小、内应力变小，使涂层具有更好的抗疲劳磨损性。
[0009]进一步地，所述的TiN层厚度为0.2～0.3μm。
[0010]进一步地，所述的TiAlN层厚度为1.5～1.7μm。
[0011]TiAlSiCrN层的内应力比TiAlN层大，TiAlSiCrN层越厚，涂层在使用过程中越容易剥落和失效。因此，设计了较厚的TiAlN层作为中间层，以提高薄膜的承载能力，降低涂层的
内应力。
[0012]进一步地，所述的TiAlSiN层厚度为0.8～0.9μm。
[0013]进一步地，所述的TiAlSiCrN层厚度为0.2～0.3μm。
[0014]TiAlSiCrN层较薄的原因有以下两点：
[0015](1)该层过厚会导致应力急剧上升，最终沉积出来的涂层结合强度较低；
[0016](2)该层增厚会使得内部缺陷急剧上升，从而在高温下加速打底层的金属离子向外迁移在表面形成疏松的氧化物，最终导致涂层的抗氧化性下降。
[0017]本专利技术的技术方案之一在于，提供一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层的制备方法，该方法具体为：采用物理气相沉积在基体表面分层沉积TiN层、TiAlN层、TiAlSiN层与TiAlSiCrN层；
[0018]所述的制备工艺参数包括：氮气体积流量为160～200sccm，真空度为2.0～4.2Pa，温度为400～500℃，刻蚀偏压为
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800～
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700V，沉积偏压为
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120～
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80V，靶材分别为AlTi靶、TiSi靶、Ti靶和Cr靶。
[0019]进一步地，所述的TiN层制备工艺参数包括：Ti靶电流为180～200A，沉积时间为25～30min。
[0020]进一步地，所述的TiAlN层制备工艺参数包括：Ti靶电流为180～200A，AlTi靶电流为160～180A，沉积时间为85～90min。
[0021]进一步地，所述的TiAlSiN层制备工艺参数包括：TiSi靶电流为160～180A，AlTi靶电流为120～180A，沉积时间为45～50min。
[0022]进一步地，所述的TiAlSiCrN层制备工艺参数包括：TiSi靶电流为160～180A，AlTi靶电流为120～180A，Cr靶电流为120～180A，沉积时间为25～30min。
[0023]由于该制备涂层多用于高速干式切削领域，涂层刀具在使用过程中温度常达到1000℃甚至更高。而该涂层在800℃以上时生成的氧化物多为(Al,Cr)2O3，该氧化物比Al2O3、TiO2、Cr2O3等抗氧化性能更强，极大地提升了该涂层的抗氧化性能。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0025](1)本专利技术通过四种涂层的叠加，制备流程简单，厚度设计合理，涂层热膨胀系数低，涂层内应力低，涂层的结合强度得到较大提高；
[0026](2)本专利技术的TiAlSiCrN层厚度较其他打底层更薄，涂层在氧化过程中更易在表面形成致密的氧化物，使涂层具有更强的抗氧化性，涂层使用寿命得到了提高。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例中Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层的结构示意图；
[0028]图2为本专利技术实施例与对比例中涂层样片的氧化深度对比图。
[0029]图中标记说明：
[0030]1—基体、2—TiN层、3—TiAlN层、4—TiAlSiN层、5—TiAlSiCrN层。
具体实施方式
[0031]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的
实施例。
[0032]下述各实施例中所采用的设备如无特别说明，则表示均为本领域的常规设备；所采用的试剂如无特别说明，则表示均为市售产品或采用本领域的常规方法制备而成，以下实施例中没有做详细说明的均是采用本领域常规实验手段就能实现。
[0033]实施例：
[0034]一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层，如图1所示，包括采用物理气相沉积技术在基体1表面依次沉积TiN层2、TiAlN层3、TiAlSiN层4及TiAlSiCrN层5。其中TiN层2的厚度为0.2～0.3μm，TiAlN层3的厚度为1.5～1.7μm，TiAlSiN层4的厚度为0.8～0.9μm，TiAlSiCr本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层，其特征在于，该多层涂层包括基体(1)表面的TiN层(2)、TiAlN层(3)、TiAlSiN层(4)和TiAlSiCrN层(5)，所述的多层涂层总厚度为2.7～3.2μm。2.根据权利要求1所述的一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层，其特征在于，所述的TiN层(2)厚度为0.2～0.3μm。3.根据权利要求1所述的一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层，其特征在于，所述的TiAlN层(3)厚度为1.5～1.7μm。4.根据权利要求1所述的一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层，其特征在于，所述的TiAlSiN层(4)厚度为0.8～0.9μm。5.根据权利要求1所述的一种Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层，其特征在于，所述的TiAlSiCrN层(5)厚度为0.2～0.3μm。6.一种如权利要求1至5任一项所述的Cr掺杂的TiAlSiN多层涂层的制备方法，其特征在于，该方法具体为：采用物理气相沉积在基体(1)表面分层沉积TiN层(2)、TiAlN层(3)、TiAlSiN层(4)与TiAlSiCrN层(5)；所述的制备工艺参数包括：氮气体积流量为160～200sccm，真空度为2.0～4.2Pa，温度为400～500℃，刻蚀偏压为
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【专利技术属性】
技术研发人员：周琼，王涛，黄彪，陈强，张而耕，梁丹丹，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：