纳米多层复合膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种纳米多层复合膜及其制备方法。本发明专利技术纳米多层复合膜包括顺次设置的Ti层、复合层和TiN表层，所述复合层包括交替设置Ti2N+TiN层和TiN层。本发明专利技术还公开了纳米多层复合膜的制备方法包括以下步骤：首先在基体表面沉积Ti层；然后在Ti层背离基体的一侧沉积复合层；最后在复合层上沉积TiN表层；其中，所述复合层通过交替沉积Ti2N+TiN层和TiN层制备而成。本发明专利技术纳米多层复合膜兼具硬度高和制造成本低廉的优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种。本专利技术纳米多层复合膜包括顺次设置的Ti层、复合层和TiN表层，所述复合层包括交替设置Ti2N+TiN层和TiN层。本专利技术还公开了纳米多层复合膜的制备方法包括以下步骤：首先在基体表面沉积Ti层；然后在Ti层背离基体的一侧沉积复合层；最后在复合层上沉积TiN表层；其中，所述复合层通过交替沉积Ti2N+TiN层和TiN层制备而成。本专利技术纳米多层复合膜兼具硬度高和制造成本低廉的优点。【专利说明】
本专利技术涉及真空镀膜技术，尤其涉及一种。
技术介绍
目前中国市面上最常见的高速钢刀具和冲压模具的涂层主要有两种，一种是最为普遍的TiN膜层，另外一种是具有较高性能的TiAlN膜层。通常，TiN镀膜成本较低，镀膜后表面硬度通常达到HV2300左右。TiAlN镀膜成本较高，镀膜后表面硬度可以达到HV3000~3500。长期以来，很多真空镀膜厂家都在寻找一种新的镀膜技术，在成本与TiN镀膜接近的前提下得到硬度可以媲美TiAlN镀膜的新镀膜技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，针对上述现有高速钢刀具和冲压模具的涂层高硬度和低成本无法同时兼具的问题，提出一种纳米多层复合膜，以实现硬度高、制造成本低廉的优点。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是:一种纳米多层复合膜，包括顺次设置的Ti层、复合层和TiN表层，所述复合层包括交替设置Ti2N+TiN层和TiN层。Ti2N+TiN层是由Ti靶材和氮气分别离化制备而成。进一步地，所述Ti层厚度为50_70nm。进一步地，所述Ti2N+TiN层厚度为28-60nm，优选为30_40nm ;所述TiN层厚度为35_70nmo进一步地，所述TiN表层的厚度为0.8-1.5 Um0进一步地,所述纳米多层复合膜厚度为2-5 U m。本专利技术的另一个目的还提供了一种纳米多层复合膜的制备方法，包括以下步骤:首先在基体表面沉积Ti层；然后在Ti层背离基体的一侧沉积复合层；最后在复合层上沉积TiN表层。其中，所述复合层通过交替沉积Ti2N+TiN层和TiN层制备而成。进一步地,所述沉积米用多弧尚子镀技术完成。进一步地，所述Ti2N+TiN层的制备包括，Ti靶材和氮气分别离化，采用多弧离子镀技术在Ti层上通过脉冲Ar气将Ti2N和TiN混合沉积，即在Ar脉冲的条件下，分别离化的Ti靶材和氮气形成Ti2N。进一步地，所述纳米多层复合膜的制备通过压强仪控制气体压强，气分压为e-SXlO—ipa。气分压为真空室内的气体压强。所述Ar气脉冲时间和流量分别为:Ar气体脉冲时间为15-25s，间隔时间为20-33s，Ar气每次脉冲量为9SCCM。进一步地，所述基体为金属基体，所述基体的温度为340_380°C，优选为350°C。本专利技术纳米多层复合膜结构合理、紧凑，所述纳米多层复合膜的制备方法简单、易行，与现有技术相比较具有以下优点:(I)、本专利技术克服了现有单层氮化钛膜层结合力差、断裂韧性差和易产生裂纹的缺点，本专利技术纳米多层复合膜充分结合了 Ti层、Ti2N层和TiN层各自的特点，以Ti作为基体和膜层的过渡层，能让膜层和基体有非常好的结合力，吸取Ti2N有硬度高的特点，提高膜层整体硬度和耐磨性；吸取TiN摩擦系数低，在表层起到润滑的作用，减少裂纹的发生。(2)、本专利技术纳米多层复合膜的制备采用多弧离子镀膜，通过脉冲氩气获得具有不同成分和结构的纳米复合膜，每层的厚度和成分通过脉冲氩气的时间和数量来控制。(3)、本专利技术纳米多层复合膜兼具TiAlN镀膜和TiN镀膜的优点，本专利技术纳米多层复合膜的表面硬度与TiAlN镀膜接近，能达到HV2800左右；制备工艺简单，制造成本与TiN镀膜相差无几。上述优点使本专利技术纳米多层复合膜在未来的镀膜市场中有着广大的市场空间,尤其在高速钢刀具和冲压模具等的涂层领域具有很高的应用价值。【专利附图】【附图说明】图1为实施例1纳米多层复合膜的结构示意图；图2为对照例ITiN层压痕的金相显微镜示意图，放大倍数为1000倍；图3为实施例1纳米多层复合膜压痕的金相显微镜示意图，放大倍数为1000倍。【具体实施方式】以下结合实施例对本专利技术进一步说明:对照例I对照例公开的膜为沉积在金属基体上的、厚度为0.8 ii m的TiN层。实施例1本实施例公开了一种纳米多层复合膜，如图1所示，包括顺次设置的Ti层2、复合层3和TiN表层4，复合层3包括交替设置Ti2N+TiN层和TiN层，本实施例中所述Ti2N+TiN层和TiN层共30层。Ti层2厚度为60nm。Ti2N+TiN层厚度为32nm ;TiN层厚度为43nm。TiN表层4的厚度为0.8 ii m。该纳米多层复合膜厚度为3 u m。经检测该纳米多层复合膜硬度为 2700HV。本实施例纳米多层复合膜的制备方法如下:首先将金属基体I清洗干净，加热金属基体1，使金属基体I的温度为350°C ;采用PVD多弧离子镀膜方法在金属基体I上沉积Ti层2，然后在Ti层2背离基体的一侧采用PVD多弧离子镀膜方法通过脉冲Ar气来交替沉积Ti2N+TiN层和TiN层(复合层3);在复合层3上沉积TiN表层4。其中沉积材料(T1、Ti2N+TiN、TiN)均由多弧靶材提供。所述的多弧离子镀膜氮气分压为6.5X KT1Pa, Ar气体脉冲时间为16s，间隔时间为24s，Ar气每次脉冲量为9SCCM。所述PVD多弧离子镀膜，其氩气和氮气分别由质量流量计和压强控制仪控制。实施例公开的纳米多层复合膜与对照例I单层TiN相比有更高的硬度和弹性模量。压痕是评判膜层结合力的一个重要指标，压痕的测试方法如下:测试样块用150KG洛式硬度计打硬度，在打硬度留下的小坑周围就会有微裂纹，从裂纹的多少、粗细、和膜层的剥落情况来判断膜层与基体的结合力。因压痕存在凸起，不在一个平面上，用金相显微镜(1000倍)拍摄的压痕照片两侧·图像会发虚。如图2和图3所示，对照例I中单层TiN裂纹粗大并有微小膜层剥落，实施例1中纳米多层复合膜只有特别细微的裂纹且没有剥落，说明本实施例制备的纳米多层复合膜在结合力和阻止裂纹产生多比单层TiN好。本专利技术纳米多层复合膜通过控制每层厚度，借助于Ti与基体的高结合力、Ti2N的高硬度和TiN的高韧性，这种结构特征的纳米多层膜呈现比单层TiN更高的硬度、弹性模量、结合力，比Ti2N更好的韧性。本实施例公开的纳米多层复合膜硬度可以达到HV2700左右，接近TiAlN镀膜，且工艺简单，制造成本与TiN镀膜相差无几，能广泛应用于高速钢刀具和冲压模具，具有很高的应用价值。实施例2本实施例公开了一种纳米多层复合膜，包括顺次设置的Ti层、复合层和TiN表层，复合层包括交替设置Ti2N+TiN层和TiN层。Ti2N+TiN层是由Ti2N和TiN混合材料作为靶材制备而成。Ti层厚度为70nm。Ti2N+TiN层厚度为35nm ;TiN层厚度为45nm。TiN表层的厚度为0.8 ii m。所述纳米多层复合膜厚度为5 u m。经检测该纳米多层复合膜硬度为2800HV。本实施例纳米多层复合膜的制备方法如下:首先将金属基体清洗干净，加热金属基体，使金属基体的温度为350°C ;采用PVD多弧离子镀膜方法在金属基体上沉积Ti层，然后在Ti层背离基体的一侧采用PVD多弧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米多层复合膜，其特征在于，包括顺次设置的Ti层、复合层和TiN表层，所述复合层包括交替设置Ti2N+TiN层和TiN层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴日芳，江延军，王峰，高鹏万，
申请(专利权)人：大连远东工具有限公司，
类型：发明
国别省市：