本发明专利技术公开了一种纳米多层结构的VC/Co增韧涂层，由VC层和Co层交替沉积而成，相邻的一层VC层和一层Co层构成一个双层周期层，每个双层周期层的厚度为1～88nm，每个双层周期层中VC层与Co层的厚度比为1.0～3.0：1，总厚度为1~5μm。本发明专利技术还公开了一种纳米多层结构VC/Co增韧涂层的制备方法，其方法为：将VC靶和Co靶分别安装在中频阴极上，靶面垂直于旋转工作台，采用磁控溅射方法对基体进行沉积。本发明专利技术纳米多层结构的VC/Co增韧涂层在保持涂层具有较高的硬度的同时提高了涂层的韧性，可以满足防护涂层及耐磨涂层硬度和韧性的要求，其制备方法可操作性强、可控性好、易于工业化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种硬质涂层及其制备方法，尤其涉及，属于陶瓷涂层领域。
技术介绍
硬质防护涂层主要是由金属键构成的过渡金属氮化物、碳化物、硼化物及由离子键构成的金属氧化物等形成的，这些涂层的硬度很高，但它们的韧性却很低，提高这些涂层的韧性和提高它们的硬度一样重要，特别是在摩擦磨损领域的应用中。过渡金属T1、V、W、Ta、Zr、Mo、Cr等都可与碳原子反应,生成金属碳化物涂层,金属碳化物涂层具有化学稳定性好、熔点高、硬度大的特点，但是，碳化物涂层韧性不好，较脆。许多研究通过复合一种与C结合力较差的金属，可以改变金属碳化物涂层的结构，从而改变涂层的性能。现在，研究较多的是仿效块体的碳化物陶瓷通过添加第八族元素(Fe，Co，Ni等)来提高韧性，但结果不太理想。如jansson等(“Surface&Coatings Technology”,第206 卷，第 583 590,2011 年)公布了一种 T1-C-Me 涂层，其中 Me 为 Al，Fe, Ni, Cu, Pt 中的一种或几种，但是，此涂层的硬度只有7 18GPa。20世纪70年代初，Koehler提出了弹性模量相当大的两种组元的多层结构获得高强固体的模型，其思想是根据薄层材料阻碍位错的产生和运动的作用。申请号为03129543. 6的中国专利申请公开了一种SiC/TiN超硬纳米多层结构的涂层，由TiN层和SiC层交替沉积在金属或陶瓷的基体上组成，TiN层的厚度为Γ50ηπι，SiC层的厚度为0. 4^0. 8nm,纳米多层膜总厚度为2 4 μ m,即在调制周期为50nm以内时，产生超硬效果，涂层的耐磨性提高，但涂层的韧性却没有得到有效的改善。 申请号为200910055596. 4的中国专利技术专利申请公开了一种VC/Si3N4纳米多层涂层及其制备方法，所述的多层结构是由VC和Si3N4两种材料交替沉积形成纳米量级的多层结构，其每一个双层周期中，VC层的厚度为2 8nm，Si3N4层的厚度为0. 2^0. 9nm，涂层的总厚度为Hum。该VC/Si3N4纳米多层涂层采用双靶射频磁控溅射方法在金属或陶瓷的基体上交替沉积VC层和Si3N4层而制得。该VC/Si3N4纳米多层涂层的硬度高于35GPa，最高硬度达43GPa，具有较好的硬度，虽然该涂层中VC和Si3N4两界面形成共晶格结构，提高了涂层的硬度，但由于VC和Si3N4均为塑性指数不超过0. 4的硬质涂层，两界面形成共晶格结构，降低了涂层的韧性，其涂层塑性指数不超过0. 40。通过对文献作进一步的检索和分析，还没有发现纳米多层结构的VC/Co涂层，也没有发现具有优异的增韧效果和硬度超过15GPa的VC/Co纳米多层结构的增韧涂层。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供了一种纳米多层结构的VC/Co增韧涂层，在保证涂层具有优异的硬度的同时，提高了涂层的韧性，从而提高了涂层的耐磨损性倉泛。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术的纳米多层结构的VC/Co增韧涂层由VC层和Co层交替沉积而成，相邻的一层VC层和一层Co层构成一个双层周期层，每个双层周期层的厚度为I 88nm，每个双层周期层中VC层与Co层的厚度比为1. O 3.0 :1，纳米多层结构的VC/Co增韧涂层的总厚度为f 5 μ m。对于单层结构，在受外力时，金属Co单层通过剪切变形消耗大部分能量，降低了应力集中，不易萌生裂纹，而陶瓷相VC由于塑性很差，不能松弛集中的应力，严重的变形出现在涂层的缺陷位置，并进一步导致开裂，萌生裂纹，随后扩张并聚集成为主裂纹。但是在本专利技术纳米多层结构的VC/Co增韧涂层中，在施加外部作用力时，Co单层膜借助剪切变形消耗能量缓和应力，不易萌生裂纹，提高了涂层的韧性。同时，在两相界面上金属相Co偏聚在晶界上，抑制了 VC晶粒的长大，涂层的韧性和硬度相对提高。涂层的均匀性、硬度随着双层周期层厚度的减小而提高，但是随着双层周期层厚度的减小，本专利技术纳米多层结构的VC/Co增韧涂层与具有均匀结构的涂层的区别变得困难，但是，当双层周期层的厚度超过88nm后，涂层中单层结构中的缺点就变得明显，涂层的硬度和韧性降低的同时，其耐磨性能降低，由相邻的一层VC层和一层Co层构成的双层周期层的优选值为3 60nm,即每个双层周期层的厚度优选为3 60nm。作为优选，每个双层周期层的厚度均相等，即以一个调制周期对VC层和Co层交替沉积，使得双层周期层均匀分布，能够大大提高涂层的韧性和硬度。从实施例2、3、8、9和11的硬度和韧性的表征数据可知，每个双层周期层的厚度为6^24. 9nm，每个双层周期层中VC层与Co层的厚度比为2. O 3. O :1，且每个双层周期层的厚度均相等，使得本专利技术纳米多层结 构的VC/Co增韧涂层具有优异的硬度和韧性，能够很好地满足硬质耐磨涂层的要求。本专利技术还提供了一种上述纳米多层结构的VC/Co增韧涂层的制备方法，包括将VC靶和Co靶分别安装在中频阴极上，靶面垂直于旋转工作台，基体安装在旋转工作台上，通过调节旋转工作台的转速和靶的溅射功率，采用磁控溅射方法，对基体进行沉积，得到纳米多层结构的VC/Co增韧涂层。本专利技术选择磁控溅射的方法制备纳米多层结构的VC/Co增韧涂层，由于磁控溅射时，离子束是呈束状由靶面溅射到基体上，此种方法可以避免沉积过程中两种膜层的预混合，得到具有清晰界面的纳米多层结构的VC/Co增韧涂层，其操作简单、可控性好、易于实施。作为优选，沉积前，真空室的本底压强小于等于5X 10_5Pa，即真空室的本底压强小于等于5X KT5Pa后，通入氩气等保护气体，可以减少溅射过程中溅射粒子与气体分子间的碰撞，同时能够减少沉积过程中气体分子进入涂层中成为杂质，提高本专利技术纳米多层结构的VC/Co增韧涂层的致密度、纯度、沉积速率以及与基体的附着力。沉积时，沉积温度为200°C ^400°C，沉积压力为0. 3Pa^l. OPa,在此溅射参数下，能够使沉积得到的本专利技术纳米多层结构的VC/Co增韧涂层结构致密。VC靶和Co靶的溅射功率密度与本专利技术纳米多层结构的VC/Co增韧涂层中双层周期层的厚度密切相关，而且会影响本专利技术纳米多层结构的VC/Co增韧涂层的结构，作为优选，沉积时，VC靶溅射功率密度为4. O 6. 5W/cm2，Co靶溅射功率密度为0. 5 0. 8ff/cm2,此时，能够使本专利技术纳米多层结构的VC/Co增韧涂层的硬度和韧性满足防护涂层及耐磨涂层的要求。同时，旋转工作台的转速也决定了双层周期层的厚度，作为优选，沉积时，旋转工作台的转速为O. 5 4. O转/分钟(r/min)。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点一、本专利技术所提供的纳米多层结构的VC/Co增韧涂层，在增加涂层韧性的同时，涂层的硬度可达到15GPa以上，可以满足防护涂层及耐磨涂层韧性和硬度的要求，具有很大的应用价值；二、本专利技术所提供的纳米多层结构的VC/Co增韧涂层的制备方法，其可操作性强、可控性好、易于工业化生产，具有较好的经济效益。附图说明图1为本专利技术纳米多层结构的VC/Co增韧涂层的结构示意图，其中I为VC层，2为Co层；图2是制备本专利技术纳米多层结构的VC/Co增韧涂层的装置示意图，其中，3为基体，4为阳极本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米多层结构的VC/Co增韧涂层，其特征在于，由VC层和Co层交替沉积而成，相邻的一层VC层和一层Co层构成一个双层周期层，每个双层周期层的厚度为1～88nm，每个双层周期层中VC层与Co层的厚度比为1.0～3.0：1，纳米多层结构的VC/Co增韧涂层的总厚度为1~5μm。
【技术特征摘要】
1.一种纳米多层结构的VC/Co增韧涂层，其特征在于，由VC层和Co层交替沉积而成， 相邻的一层VC层和一层Co层构成一个双层周期层，每个双层周期层的厚度为I 88nm，每个双层周期层中VC层与Co层的厚度比为1. O 3. O :1，纳米多层结构的VC/Co增韧涂层的总厚度为I飞μπι。2.根据权利要求1所述的纳米多层结构的VC/Co增韧涂层，其特征在于，每个双层周期层的厚度为3 60nm。3.根据权利要求1或2所述的纳米多层结构的VC/Co增韧涂层，其特征在于，每个双层周期层的厚度均相等。4.根据权利要求1所述的纳米多层结构的VC/Co增韧涂层，其特征在于，每个双层周期层的厚度为6 24. 9nm，每个双层周期层中VC层与Co层的厚度比为2. O 3. O :1，且每个双层周期层的厚度均相等。5.根据权利要求Γ4任一项所述的纳米多层结构的VC/Co增韧涂层的制备方法，其特征在于，包括将VC靶和...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄峰，张晓娟，李艳玲，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。