一种高硬度AlCrN纳米复合涂层及其制备工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106893986A(43)申请公布日2017.06.27(21)申请号201710155500.6(22)申请日2017.03.16(71)申请人天津职业技术师范大学地址300222天津市津南区大沽南路1310号(72)发明人范其香王铁钢吴正环刘艳梅张涛(51)Int.Cl.C23C14/34(2006.01)C23C14/02(2006.01)C23C14/06(2006.01)C23C14/16(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种高硬度AlCrN纳米复合涂层及其制备工艺(57)摘要本发明涉及一种纳米复合涂层及其制备技术，具体地说是一种具有高Al含量的AlCrN纳米复合涂层的制备工艺。采用电弧离子镀技术在金属或硬质合金基体上制备AlCrN纳米复合涂层。选用纯金属Al和Cr作为靶材，通过控制Al靶和Cr靶的电流，调控涂层中Al和Cr元素的含量。纯Cr靶和Al靶各4个，相间地均匀分布在炉体内壁上。镀膜前先通入Ar气，采用-600~1000V偏压，对基片进行辉光清洗10~20min，随后开启Cr靶，对基体进行轰击清洗，并逐渐降低偏压至-30~100V，沉积金属Cr层。最后再通入N2，开启Al靶，沉积AlCrN涂层。本发明涉及的AlCrN纳米复合涂层制备工艺简单，容易工业化生产；制备出的AlCrN涂层具有很高的硬度和强度，良好的耐高温氧化性能和耐蚀性能。CN106893986ACN106893986A权利要求书1/1页1.一种具有高硬度、高抗氧化性能的AlCrN涂层，其特征在于AlCrN涂层与基体之间有一层10~300nm厚的纯Cr金属层和10~300nm的CrN层，以提高涂层与基体之间的结合力；AlCrN涂层总厚度为2~10μm。2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于：AlCrN层中Al含量为25~40at.%,Cr含量为15~25at.%,N含量为45~50at.%；其中Al/(Al+Cr)=0.5~0.75。3.根据权利要求1所述的AlCrN涂层，其特征在于：所述AlCrN涂层为面心立方结构的（Al，Cr）N相，衍射峰位于fcc-CrN和fcc-AlN衍射峰的中间，但离fcc-AlN衍射峰更近一些。4.根据权利要求1所述的AlCrN涂层的制备工艺，其特征在于：采用国产AIP-650型电弧离子镀膜仪在高速钢和硬质合金上沉积具有高硬度、高抗氧化性能的AlCrN涂层，硬度高达30~40GPa。5.按照权利要求2所述的AlCrN涂层的制备工艺，其特征在于：基体材料经过除油和干燥预处理后，放在可同时自转和公转的转架上，公转速度为5~40r/min，靶基距约为150mm。6.按照权利要求2所述的AlCrN涂层的制备工艺，其特征在于：采用机械泵和分子泵抽-3真空；当真空室气压优于1×10Pa时，打开加热系统将炉腔加热至200~500ºC；随后，开启Ar气流量阀，气流量为50~200sccm，调整节流阀使真空室压强为0.1~2Pa，基片加-600~1000V负偏压，辉光清洗10~20min；开启4个纯Cr靶，靶材电流均为50~150A，对基体进行轰击清洗5~30min；降低偏压至-10~100V，调节真空压强，沉积纯Cr金属层约5~20min；通入N2沉积5~20min，获得CrN过渡层。7.按照权利要求2所述的AlCrN涂层的制备工艺，其特征在于：沉积AlCrN涂层时，N2和Ar气流量分别为50~200sccm，调整节流阀使真空室压强为0.3~2Pa，控制N2/Ar比在0.5~3之间；同时开启4个纯Al靶和纯Cr靶，电流均为50~150A，沉积AlCrN涂层，时间为30~120min。2CN106893986A说明书1/3页一种高硬度AlCrN纳米复合涂层及其制备工艺技术领域[0001]本发明涉及一种新型涂层制备技术，具体地说是一种高硬度和高Al含量的AlCrN纳米复合涂层的制备工艺。背景技术[0002]随着现代制造业的发展，钛合金、高温合金和超高强度钢等难加工材料的广泛应用，针对各种难加工材料的高速超高速切削、高速硬态切削、绿色干切削和精密超精密切削等先进机械加工工艺层出不穷。采用涂层技术可有效提高切削刀具使用寿命、切削效率和加工表面质量，使刀具获得优良的综合机械性能，从而大幅度提高机械加工效率。涂层刀具具有表面硬度高、耐磨性好、化学性能稳定、耐热耐氧化和摩擦系数小等特点，涂覆在刀具上，其作为化学屏障和热屏障，可以减少刀具与工件间的扩散和化学反应，减少月牙洼磨损，目前发达国家已超过80%的刀具上会使用涂层刀具，并还在不断上升。[0003]CrN涂层具有很好的抗高温氧化性能，耐蚀性能和抗粘着磨损性能，广泛应用于各种切削刀具和模