一种高硬度Ti-TiN-TiAlN-TiAlCrN多层涂层及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开一种高硬度Ti

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度Ti
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TiN
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TiAlN
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TiAlCrN多层涂层及其制备工艺


[0001]本专利技术涉及复合涂层
，特别涉及一种高硬度Ti
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TiN
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TiAlN
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TiAlCrN多层涂层及其制备工艺。

技术介绍

[0002]随着科学技术的进步，现代的制造业也朝着更加先进、快速和绿色的趋势发展。涂层技术的发展对制造加工领域中刀具或模具的寿命及被加工材料的精度有着重大影响。在保证绿色制造和刀具寿命的前提下，加快刀具切割速度以提高生产率，是推动涂层研究的重要原因之一。在现代高端制造业中，尤其是航空材料加工制造方面，由于先进的钛合金或镍基高温合金等难切削材料的广泛使用，故对刀具涂层提出了更高的要求。物理气相沉积(PVD)技术是近几十年应市场需求发展起来的材料表面改性技术。通过物理气相沉积技术制备的钛基硬质化合物具有高硬度和优异的耐磨性，是提高硬质合金刀具寿命最常用的涂层材料。
[0003]现有技术中刀具表面常用的钛基硬质化合物涂层有TiN涂层和TiAlN涂层，TiN涂层的维氏硬度在2300HV左右，最高使用温度在500℃，TiAlN涂层相较于TiN涂层，在高温条件下涂层表面能够形成致密的Al2O3，从而阻止O元素向涂层内部扩散以阻止进一步氧化，以此提高了涂层的抗高温氧化性能以及抗磨损性能，但TiAlN涂层存在高温环境下硬度显著降低和摩擦系数相对较高的问题。
[0004]鉴于现有技术的涂层情况，提高基体与涂层之间的结合力，提高硬度及高温摩擦性能，从而延长涂层的服役寿命，是目前需要研究的重点与难点。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决目前所存在的基体与涂层之间的结合力不足，高温摩擦性能和硬度都有待提高的问题，本专利技术目的在于提供一种高硬度Ti
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TiN
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TiAlN
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TiAlCrN多层涂层及其制备工艺。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]本专利技术提供一种高硬度Ti
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TiN
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TiAlN
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TiAlCrN多层涂层，其特征在于，该多层涂层由依次沉积在基体的表面上的Ti打底层、TiN中间层、TiAlN过渡层、TiAlCrN表面层构成。
[0008]进一步，在本专利技术提供的高硬度Ti
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TiN
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TiAlN
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TiAlCrN多层涂层中，还可以具有这样的特征：其中，所述Ti打底层的厚度为0.05μm～0.1μm。
[0009]作为优选的技术方案，所述Ti打底层的厚度为0.05μm。
[0010]进一步，在本专利技术提供的高硬度Ti
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TiN
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TiAlN
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TiAlCrN多层涂层中，还可以具有这样的特征：其中，所述TiN中间层的厚度为0.1μm～0.2μm。
[0011]作为优选的技术方案，所述TiN中间层的厚度为0.15μm。
[0012]进一步，在本专利技术提供的高硬度Ti
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TiN
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TiAlN
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TiAlCrN多层涂层中，还可以具有这样的特征：其中，所述TiAlN过渡层的厚度0.2μm～0.3μm。
[0013]作为优选的技术方案，所述TiAlN过渡层的厚度为0.3μm。
[0014]进一步，在本专利技术提供的高硬度Ti
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TiN
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TiAlN
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TiAlCrN多层涂层中，还可以具有这样的特征：其中，所述TiAlCrN表面层的厚度为2.2μm～2.5μm。
[0015]作为优选的技术方案，所述TiAlCrN表面层的厚度为2.5μm。
[0016]进一步，在本专利技术提供的高硬度Ti
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TiN
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TiAlN
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TiAlCrN多层涂层中，还可以具有这样的特征：其中，所述基体采用硬质合金、高速钢、不锈钢、模具钢中的任意一种。
[0017]本专利技术还提供一种上述高硬度Ti
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TiN
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TiAlN
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TiAlCrN多层涂层的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
[0018]1)对基体进行预处理，除去表面杂物；
[0019]2)对基体进行清洗刻蚀；
[0020]3)制备Ti打底层：控制Ti靶，在基体表面沉积制备出Ti打底层；
[0021]4)制备TiN中间层：控制Ti靶，在氮气氛围中，在Ti打底层的表面制备出TiN中间层；
[0022]5)制备TiAlN过渡层：控制AlTi靶，在氮气氛围中，在TiN中间层的表面制备出TiAlN过渡层；
[0023]6)制备TiAlCrN表层：通过控制AlTi靶和Cr靶，在氮气氛围中，在TiAlN过渡层的表面制备出TiAlCrN表层。
[0024]进一步，在本专利技术提供的制备工艺中，还可以具有这样的特征：其中，步骤1)基体预处理的具体过程：打磨抛光去除基体表面氧化物，用丙酮进行超声波清洗去除油污，依次用清水和酸液去掉基体表面的酸性离子和碱性离子，最后用去离子水进行冲洗并放在烘箱里烘干。
[0025]进一步，在本专利技术提供的制备工艺中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2)基体清洗刻蚀的具体过程为：将经过预处理的基体样装入炉中，真空室真空度维持在4
×
10
‑1Pa～6
×
10
‑1Pa，真空室加热15～25min，升温至400～500℃，向真空室内通入流量为180～220sccm的氩气，基体负偏压600～700V，刻蚀时间为15～20min。
[0026]进一步，在本专利技术提供的制备工艺中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3)制备Ti打底层的具体过程为：真空室真空度维持在4
×
10
‑1Pa，温度维持在380～420℃，Ti靶电流为110～130A，基体负偏压为380～420V，沉积时间为2～5min。
[0027]进一步，在本专利技术提供的制备工艺中，还可以具有这样的特征：其中，步骤4)制备TiN中间层的具体过程为：真空室真空度维持在4
×
10
‑1Pa，温度维持在380～420℃，Ti靶电流为110～130V，基体负偏压为380～420V，向真空室内通入流量为130～180sccm的氮气，沉积时间为5～10min。
[0028]进一步，在本专利技术提供的制备工艺中，还可以具有这样的特征：其中，步骤5)制备TiAlN过渡层的具体过程为：真空室真空度维持在1.8Pa，温度维持在380～420℃，向真空室内通入流量为130～180sccm的氮气，控制AlTi靶在经过步骤4处理的中间层上沉积TiA本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
A，基体负偏压为50～70V，沉积时间...

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