硬质薄膜、具备硬质薄膜的被覆件、及该被覆件的制作方法技术

本发明专利技术公开一种硬质薄膜、具备硬质薄膜的被覆件、及被覆件的制作方法，该硬质薄膜包括交替排布的氮化钛层与氮化铝层，所述硬质薄膜中钛的质量百分含量在46-46.6％，铝的质量百分含量在25.6-26.2％，氮的质量百分含量在27.2-28.4％。所述被覆件包括一基材及形成在基材上的所述硬质薄膜。被覆件的制作方法包括将基材置入镀膜机中交替沉积氮化钛层与氮化铝层，然后置入热处理炉内进行氮化热处理，以获得被覆件。该具有氮化钛层与氮化铝层形成的硬质薄膜的被覆件，被覆件的硬度与耐磨性均极大的提高，且制备方法简单。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是关于一种硬质薄膜、具备该硬质薄膜的被覆件、及该被覆件的制作方法。
技术介绍
硬质薄膜广泛地应用于硬质合金、高速钢、以及陶瓷等基材的表面以制作出高硬度及高耐磨性的被覆件。现有的硬质薄膜主要有氮化钛薄膜、氮化铝薄膜以及氮化钛/氮化铝复合薄膜等。其中，氮化钛/氮化铝复合薄膜通过氮化钛层与氮化铝层的纳米级粒子相互扩散，较单一的氮化钛薄膜、氮化铝薄膜具有更高的硬度，通常的氮化钛/氮化铝复合薄膜硬度可达40Gpa。工业上一般通过物理气相沉积(PVD)方法在基材上交替沉积氮化钛层与氮化铝层以在基材上形成氮化钛/氮化铝复合薄膜，然该种氮化钛/氮化铝复合薄膜中，钛和铝难以与氮完全反应生成化学剂量比的氮化钛或氮化铝，在该复合薄膜中实际含有很多其他相，如Ti2N、Al2N,以及Ti、Al等。在该复合薄膜中，通常钛的质量百分含量为 47. 2% -48. 4%，铝的质量百分含量为26. 8% -27. 4%，氮的质量百分含量为24. 2-26%，氮的含量相对偏低，难以较好地提高硬质薄膜整体的硬度和耐磨性能。工业上亦有将基材(如铝、钛等)通过渗氮处理来提高基材表面的硬度，该渗氮处理方法主要为辉光法渗氮。辉光法渗氮是将基材放入镀膜室内，在一定温度下，利用辉光放电的原理将氮原子电离后直接打在基材表面，以与基材表层的元素反应生成硬度较大的氮化物，如此增加基材表面的硬度与耐磨性能。然而，该种渗氮处理氮的注入量有限，因此对基材硬度的提高有限，对于基材表面已形成有氮化物硬质层的情况，想要通过该种渗氮方法来进一步提高该硬质层的硬度已难以实现。
技术实现思路
鉴于上述内容，有必要提供一种高硬度、高耐磨损性的硬质薄膜。另外，还有必要提供一种具备上述硬质薄膜的被覆件。此外，有必要提供一种上述被覆件的制作方法。一种硬质薄膜，包括交替排布的氮化钛层与氮化铝层，所述硬质薄膜中钛的质量百分含量在46-46. 6%,招的质量百分含量在25. 6-26. 2%,氮的质量百分含量在 27. 2-28. 4%。一种被覆件，包括基材及形成于基材上的硬质薄膜，该硬质薄膜中钛的质量百分含量在46-46. 6%，铝的质量百分含量在25. 6-26. 2%，氮的质量百分含量在27. 2-28. 4% 0一种被覆件的制作方法，包括以下步骤提供一基材；将基材置入镀膜机中交替沉积氮化钛层与氮化铝层；接着将沉积有氮化钛层与氮化铝层的基材放入热处理炉中进行氮化热处理， 制得充分氮化的硬质薄膜层，相应地制得所述被覆件，硬质薄膜中钛的质量百分含量在46-46. 6%，铝的质量百分含量在25. 6-26. 2%，氮的质量百分含量在27. 2-28. 4%。本专利技术硬质薄膜由氮化钛层与氮化铝层交替沉积以及交替沉积后氮化热处理制成，氮化钛层与氮化铝层交替沉积形成的薄膜相较于单一的氮化钛层或氮化铝层薄膜，通过氮化钛层与氮化铝层的纳米级粒子相互扩散，使得硬质薄膜具备更高的硬度及耐磨性能；通过氮化热处理处理，提高了氮元素的质量百分含量，可使薄膜上未反应的及氮化未完全的金属粒子完全氮化，硬质薄膜的硬度进一步提高，可从通常情况下的40Gpa提高到 46-50GPa。相应地，具备该硬质薄膜的被覆件具备优良的硬度和耐磨性能。制作被覆件中， 通过先将基材进行交替沉积氮化钛层与氮化铝层，然后将形成硬质薄膜的基材放入热处理炉中进行氮化热处理，制作工艺简单。附图说明图I是本专利技术较佳实施例具备硬质薄膜的被覆件的剖视示意图；图2是图I所示被覆件的制作方法流程图；图3是图I被覆件的制作过程中所用镀膜机的结构示意图。主要元件符号说明被覆件10基材11硬质薄膜12氮化钛层121氮化铝层122镀膜机100镀膜室20真空泵30轨迹21第一靶材22第二靶材23气源通道2具体实施例方式请参阅图1，本专利技术较佳实施例被覆件10，包括基材11、及形成在基材11上的硬质薄膜12。所述被覆件10可为刀具，该基材11的材质可为硬质合金、高速钢等。所述硬质薄膜12通过PVD镀膜及氮化热处理形成在该基材11的表面，该硬质薄膜12的硬度在46-50Gp a之间。该硬质薄膜12包括若干氮化铝(AlN)层121与若干氮化钛(TiN)层122，该若干AlN层121与若干TiN层122交替排布，其中与基材11接触的一层为氮化钛层122，该氮化钛层122热膨胀系数接近基材11，在温度变化时不会产生很大的内应力，便于与基材11结合稳定。外露于被覆件10表面的一层可为氮化招层121或氮化钛层122。每一氮化钛层122与每一氮化铝层121的厚度均在3 15纳米之间，该硬质薄膜 12的整体厚度在I 6微米之间。该硬质薄膜12中，钛的质量百分含量为46-46. 6%，铝的质量百分含量为25. 6-26. 2%，氮的质量百分含量为27. 2-28. 4%。请参阅图2，该被覆件10的制作方法包括以下步骤SI :提供一基材11，本实施例中基材11的材质为闻速钢，将该基材11进行超声波清洗，以除去基材11表面的油污，如采用无水乙醇或丙酮对基材11进行超声波清洗。S2 :将基材11烘干后置入镀膜机中进行PVD镀膜。结合参阅图3，提供一镀膜机 100，镀膜机100包括一镀膜室20及连接在镀膜室20的一真空泵30，真空泵30用以对镀膜室20抽真空。该镀膜室20内设有转架及挡板(未图示)、二第一靶材22及二第二靶材 23。转架带动基材11沿圆形轨迹21公转，基材11在沿轨迹21公转时亦自转。挡板用以在清洗靶材时隔离溅射的粒子溅射至基材11，其通过电动控制自动打开或关闭。二第一靶材22与二第二靶材23关于轨迹21的中心对称设置，且二第一靶材22相对地设置在轨迹 21的内外侧，二第二靶材23相对地设置在轨迹21的内外侧。每一第一靶材22及每一第二靶材23的两端均设有气源通道24，气体经由该气源通道24进入镀膜室20轰击相应的靶材的表面，以使靶材表面溅射出粒子。当基材11穿过二第一靶材22或二第二靶材23之间时，靶材上溅射出的粒子将溅镀到基材11表面。基材11表面镀膜过程如下(I)提供第一靶材22与第二靶材23，并清洗各靶材表面。第一靶材22为钛靶，第二靶材23为铝靶。清洗过程如下，将钛靶和铝靶分别置于镀膜机100的溅射源上，抽真空至3. 0X10_3Pa，通入流量为500cm3/s的高纯氩气，调节偏压在-250 -350V，开启钛靶和铝靶，功率均为3000 5000w，氩气轰击钛靶和铝靶的表面， 如此将钛靶和铝靶表面清洗干净。在清洗时，转架不转动，挡板开启以将溅射的粒子与基材11隔离。(2)在基材11表面交替沉积氮化钛层122与氮化铝层121。调节氩气流量为 300cm3/s，通入流量为70 130cm3/s的氮气；调节钛靶及铝靶功率均为3000 4000w，开启转架使基材11转动，调节转架速度为2-5r/min(转/分钟)，沉积时间为30 120min。如此，将在基材11表面交替沉积纳米量级的氮化钛层122与氮化铝层121，每一氮化钛层122与每一氮化铝层121的厚度均为3 15纳米之间。其中，与基材11结合的一层为氮化钛层122。氮化钛层122与氮化铝层121交替沉积后，整体层厚为I 2. 5微米之间。此时，该氮化钛层122中含有TiN、Ti2N及未反应的Ti等成本文档来自技高网...

【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：