一种兼具有高硬度和高抗热震性能的氮化物复合防护涂层，其特征是防护涂层的配方为：Ｔｉ：２２．０－４５．０ａｔ％，Ａｌ：１．０－２５．０ａｔ％，Ｃｕ：０．３－２３．０ａｔ％、Ｎ：４６．０－５１．０ａｔ％。本发明专利技术的优点是：具有明显提高单一ＴｉＮ和ＴｉＡｌＮ氮化物涂层硬度和抗热震性能的技术效果，该涂层可由电弧离子镀、磁控溅射等多种方法制备，可广泛应用于刃具等机械加工行业，有着广阔的应用前景和重大的经济和社会价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种氮化物复合防护涂层，尤其涉及一种兼具有高硬度和高抗 热震性能的氮化物复合防护涂层。
技术介绍
近十年来，TiN和TiAlN氮化物防护涂层，因其具有较高的硬度而广泛应 用于各种刃具，以提高其硬度和使用寿命。但是，TiN和TiAlN氮化物涂层具 有单一的相结构，具有硬度较高且脆性大的特点，刃具在作业过程中会产生很 大的热量，其可使涂层和刃具的温度升高到几百度，由于涂层和刃具本体材料的热膨胀系数相差较大，此时会在涂层与刃具的结合界面处产生很大的应力集 中，其可使涂层产生裂纹，严重时可使涂层从刃具上崩裂，縮短刃具的使用寿 命。目前在国内外，提高TiN和TiAlN氮化物防护涂层在刃具上的使用寿命的 方法主要有两种 一是在TiN和TiAlN氮化物防护涂层与刃具之间施加金属过 渡层，减小氮化物涂层与刃具之间的界面应力集中，如施加Ti过渡层，但是 由于过渡层的厚度对其性能有较大的影响以及刃具几何尺寸的不规则性，有时 其效果并不理想；二是细化氮化物晶粒，这样既提高了涂层的硬度，又增强了 其塑性变形能力、提高了氮化物涂层的韧性和抗热震性能，如制备TiN/TiAlN 纳米多层膜，此种方法的缺点是工艺复杂。本专利技术创造性地利用金属材料结晶原理，采用向氮化物涂层沉积过程中， 加入适量的非氮化物形成元素——Cu，使其成为涂层中氮化物相的形核质点， 形成TiAlN/Cu复合防护涂层，这样就可使其因形核速度增加而细化晶粒，显 著提高TiN和TiAlN氮化物防护涂层的硬度和抗热震性能。另外，非氮化物金属元素Cll的加入，还有助于縮小氮化物涂层与刃具本身的热膨胀系数的差异， 减小刃具在作业过程中涂层与刃具金属界面的应力集中，从而延长防护涂层和 刃具的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种兼具有高硬度和高抗热震性能的氮化物复合防护涂层，该复合涂层是通过向氮化物涂层中施加金属Cu构成的，有高硬度和优良的抗热震性能。本专利技术是这样来实现的，其特征是防护涂层的配方为Ti: 22. 0-45. 0at%,、 Al: 1. 0-25. 0at%， 、 Cu: 0. 3-23. 0at%、 N:46. 0-51. 0at%。其制备方法为电弧 离子镀、磁控溅射等多种物理气相沉积方法制备。本专利技术所述的Cu优选范围为Cu: 0.3-1.8at%。本专利技术所述的防护涂层的厚度范围为O. 01-30. 0微米，最佳厚度范围为7. 0-10. 0微米。本专利技术的优点是具有明显提高单一TiN和TiAlN氮化物涂层硬度和抗热震 性能的技术效果，该涂层可由电弧离子镀、磁控溅射等多种方法制备，可广泛 应用于刃具等机械加工行业，有着广阔的应用前景和重大的经济和社会价值。具体实施例方式实施例l利用电弧离子镀技术，制备TiAlN/Cu氮化物复合涂层的过程如下采用的 靶材可以是纯度大于99.99y。的纯Ti靶、纯Al靶和纯Cu靶，或采用利用纯Ti和纯 Al真空熔炼的TiAl合金靶与一个纯Cu靶组合，或者是采用l个成分含量不同的 TiAlCu合金耙。基材选用W6Mo5Cr4V2高速钢，试样尺寸为15mmX10腿X2. 5mm， 经过机械研磨，抛光及化学试剂(乙醇和丙酮)超声清洗等预处理。在-800V偏压下离子轰击溅射清洗5分钟。沉积温度为400-45(TC， N2分压为l-1.2Pa， 沉积偏压-450V，电弧电压为20V，电弧电流为45-80A，靶与试样间距为20cm， 沉积时间10-240 min，涂层厚度约为2-30Mm。涂层成分由电子探针测试确定； 涂层厚度在扫描电镜下观察其截面确定；硬度测量在显微硬度计上进行，载荷 25g;热震实验温度为500。C，保温10min，然后在25。C的蒸馏水中迅速冷却，为 一次热震实验，然后反复进行。有关所制备的涂层性能如表l、表2、表3所示。表1电弧离子镀多靶共沉积TiAlN/Cu涂层的工艺及性能<table>table see original document page 5</column></row><table><table>table see original document page 6</column></row><table><table>table see original document page 7</column></row><table>制备是在国产SP-2型磁控溅射镀膜系统上进行的，分别采用Ti9oAl9Cup Ti7oAl29C化和Ti5。Al49Cu!合金靶。基材选用W6Mo5Cr4V2高速钢，试样尺寸为15mm X10mmX2.5mm，经过机械研磨，抛光及化学试剂(乙醇和丙酮)超声清洗等 预处理。沉积温度为25(TC， N2分压为0.6Pa，采用直流磁控电源，功率1600W， 靶与衬底间距为7cm，沉积时间120 min，涂层厚度约为7-9)iim，其表面形貌如 图5所示，其硬度和抗热震性能如表4所示。为了对比，相应的TiAlN涂层的性 能也展示在表4中。表4磁控溅射单靶沉积TiAlN/Cu涂层的工艺及性能<table>table see original document page 8</column></row><table>本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种兼具有高硬度和高抗热震性能的氮化物复合防护涂层，其特征是防护涂层的配方为：Ｔｉ：２２．０－４５．０ａｔ％，、Ａｌ：１．０－２５．０ａｔ％，、Ｃｕ：０．３－２３．０ａｔ％、Ｎ：４６．０－５１．０ａｔ％。
【技术特征摘要】
1、一种兼具有高硬度和高抗热震性能的氮化物复合防护涂层，其特征是防护涂层的配方为Ti22.0-45.0at％，、Al1.0-25.0at％，、Cu0.3-23.0at％、N46.0-51.0at％。2、 根据权利要求1所述的一种兼具有高硬度和高抗热震性能的氮...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯长杰，李明升，王福会，朱圣龙，杜楠，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]
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