本发明专利技术提供一种具有硬质涂层的被覆件，包括硬质基体及形成于该基体上的结合层，该被覆件还包括形成于该结合层上的纳米复合层，该纳米复合层包括多层TiN层和多层TiON层，所述TiN层和TiON层交替堆叠。本发明专利技术还提供一种上述被覆件的制备方法。本发明专利技术的被覆件具有较高硬度、耐磨损及优良的高温抗氧化性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种具有硬质涂层的被覆件及该被覆件的制备方法。
技术介绍
高切削速度、高进给速度、高可靠性、高精度和长寿命是目前刀具的发展方向，而不用或少用冷却液的干式切削技术，由于效率高，对环境污染小，正逐步成为切削技术发展的主流。但是这些技术对刀具涂层的性能提出了更高的要求，尤其是长时间的干式切削将导致刀具与被切削件接触温度迅速升至600-800°C以上，这些苛刻的条件要求涂层同时具有高硬度、低摩擦系数及优异的高温抗氧化性能。目前商业化较为成功的刀具涂层是TiAlN涂层，该涂层具有较好的高温抗氧化性能，能较大程度提高刀具表面硬度和耐磨性能。但是，普通的TiAlN涂层的HV硬度难以超过30GPa，抗氧化温度为800°C以下，已经不能很好的满足某些较高硬度材料的切削加工。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种具有具有硬质涂层的被覆件，该被覆件具有较高硬度、耐磨损及优良的高温抗氧化性能。另外，还有必要提供一种上述被覆件的制备方法。一种具有硬质涂层的被覆件，包括硬质基体及形成于该基体上的结合层，该被覆件还包括形成于该结合层上的纳米复合层，该纳米复合层包括多层TiN层和多层TiON层，所述TiN层和TiON层交替堆叠。一种具有硬质涂层的被覆件的制备方法，包括以下步骤提供硬质基体；提供一磁控溅射设备，将该硬质基体放入该磁控溅射设备的转架上，在该磁控溅射设备的真空室内设置多对钛靶；开启钛靶，在硬质基体上溅射一由钛金属组成的结合层；开启钛靶，向真空室持续通入氮气，同时间歇性地通入氧气，在结合层上交替溅射多层TiN层和多层TiON层，以形成纳米复合层，该TiN层和该TiON层交替堆叠。本专利技术的具有硬质涂层的被覆件包括由TiN层和TiON层交替堆叠而形成的纳米复合层，由于TiN和TiON的晶格参数等不相同，因此在TiN层和TiON层界面上，存在着原子的错配，而原子错配是位错滑移的巨大障碍，会导致纳米复合层硬化，即产生超晶格硬化效应，使得纳米复合层的硬度大大增加，从而大大提升涂层的整体硬度。此外，TiON层中存在Ti-O化合物，Ti-O化合物较大地提高纳米复合层的高温抗氧化性。附图说明图1为本专利技术较佳实施例的被覆件的剖视示意图。图2为本专利技术较佳实施例的被覆件的制备方法中所用磁控溅射设备示意图。 图3为本专利技术一实施例的被覆件的制备方法中溅镀纳米复合层时通入氮气随时间的变化示意图。主要元件符号说明被覆件10硬质基体205口口 te30纳米复合层40TiN层42TiON 层44磁控溅射设备1真空室2真空泵3转架4钛靶5气源通道具体实施例方式请参阅图1，本专利技术具有硬质涂层的被覆件10包括硬质基体20、形成于该硬质基体20的一结合层30及形成于该结合层30上的纳米复合层40。该纳米复合层40包括若干TiN层42和若干TiON层44，所述TiN层42和TiON层44交替堆叠。该硬质基体20的材质可以为高速钢、硬质合金、陶瓷、不锈钢、镁合金及铝合金寸。该结合层30为一钛金属层。该结合层30的厚度可为20 50nm，其用于提高纳米复合层40与硬质基体20之间的结合力。结合层30的厚度过小(小于20nm)时，结合力太小；厚度过大(大于50nm)时，因钛金属相对于TiN层42和若干TiON层44较软，不利于提高涂层的整体硬度。所述TiN层42中钛的质量百分含量大约为76. 18% 77. 42%，氮的质量百分含量为22. 58% 23. 82%。该TiN层42中除了 Ti-N化合物相，还存在未与氮反应的金属钛相。所述TiON层44中钛的质量百分含量为75. 23% 77. 10%，氮的质量百分含量为15. 57 % 16. 27 %，氧的质量百分含量为6. 83 % 8. 59 %。该TiON层44中除了 Ti-O-N化合物相，还存在未与氮或氧反应的金属钛相。由于TiN层42中Ti-N化合物相及TiON层44中Ti_0_N化合物相的含量越高，纳米复合层40的硬度就越大；而Ti-N化合物相及Ti-O-N化合物相含量越高，氮的含量就越高，所以当TiN层42中的氮的含量接近23. 82 %，TiON层44中N的含量接近16. 27 %时，纳米复合层40的硬度最大，为52Gpa ；但TiN层42和TiON层44中的氮含量接近各自的下限时，对应纳米复合层40的硬度最低，为48Gpa。每一 TiN层42与每一 TiON层44的厚度大约均为5 15nm，较佳为8 10nm。TiN层42与TiON层44的厚度分别在5 15nm范围内时，交替沉积的TiN层42与TiON层44之间会存在明显的超晶格效应，使纳米复合层40的硬度得到较大的提高，远远高于单纯TiN层或TiON层的硬度；超出所述范围时，TiN层42与TiON层44之间的超晶格效应会明显减弱甚至消失。该纳米复合层40的总厚度大约为2 5微米，在此厚度范围内，纳米复合层40具有较好的综合性能。该结合层30及该纳米复合层40可通过磁控溅射(如射频磁控溅射)方法形成。该被覆件10可以为各类切削刀具、精密量具、模具、电子产品外壳及各种建筑装饰件等。具有上述被覆件40的制备方法，主要包括如下步骤对硬质基体20进行清洗。该步骤可将硬质基体20放入盛装有乙醇及/或丙酮溶液的超声波清洗器中进行震动清洗，以除去承镀基体表面的杂质和油污等，清洗完毕后烘干备用。请结合参阅图2，提供一磁控溅射设备1，磁控溅射设备1可为一射频磁控溅射设备，其包括一真空室2、用以对真空室2抽真空的真空泵3以及与真空室2相通的气源通道7。该真空室2内设有转架4及多对相对设置的钛靶5。转架4带动硬质基体20做圆周运行，并且从每对相对设置的钛靶5之间穿过。硬质基体20在随转架4运行的同时也进行自转。镀膜时，溅射气体与反应气体经由气源通道7进入真空室2。在硬质基体20上溅射该结合层30。将经上述清洗的硬质基体20放置于磁控溅射设备1的转架4上，对真空室2抽真空至1.0X 10_3 8. 0 X IO^Pa后通入溅射气体氩气，氩气流量为300 500sccm(标准状态毫升/分钟)，硬质基体20施加偏压至-100 -300V，开启钛靶5，钛靶5的电流为40 50A，调节真空室2内温度为250 300，设置所述转架4的转速为1 5rpm(revolution per minute，转/分钟)对硬质基体20溅射5 10分钟，以于硬质基体20表面形成所述由钛金属形成的结合层30。在结合层30上交替溅射多层TiN层42和多层TiON层44，以形成该纳米复合层40。该步骤中，硬质基体20施加偏压为-100 -300V，该偏压可以保持为沉积结合层30时的偏压不变，也可以调节使小于沉积结合层30时的偏压，以提高沉积速度。保持转架转速不变，调节钛靶5的电流在40 70A之间，调节氩气流量在200 300sCCm之间。持续向真空室2通入氮气，氮气的流量在20 lOOsccm之间，同时间歇性地通入氧气，每隔1. 5 4. 5分钟通入氧气，每次通入氧气持续的时间为1. 5 4. 5分钟，且每次通入氧气的流量为20 lOOsccm，使得当只通入氮气时，则沉积TiN层42，当有氧气通入时，则沉积TiON层44，从而在硬质基体20上交替沉积TiAlN层42和SiN层44。该本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张新倍，陈文荣，蒋焕梧，陈正士，彭立全，
申请(专利权)人：鸿富锦精密工业深圳有限公司，鸿海精密工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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