耐磨损和抗氧化的TiAlSiN纳米复合超硬涂层制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102653855A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102653855A(43)申请公布日2012.09.05(21)申请号201210139265.0(22)申请日2012.05.05(71)申请人马胜利地址710049陕西省西安市咸宁西路28号西安交通大学家属院1村33舍148室(72)发明人马胜利(74)专利代理机构西安恒泰知识产权代理事务所61216代理人李郑建(51)Int.Cl.C23C14/22(2006.01)C23C14/06(2006.01)权利要求书权利要求书1页1页说明书说明书44页页附图附图33页(54)发明名称耐磨损和抗氧化的TiAlSiN纳米复合超硬涂层制备方法(57)摘要本发明公开了一种耐磨损和抗氧化的纳米复合TiAlSiN超硬涂层的制备方法，将基体预处理后放入电弧与磁控溅射复合镀膜设备中，以柱弧Ti靶作为Ti源，通过柱弧电源电流控制柱弧Ti靶的溅射率；以平面Si靶、Al靶作为相应元素的来源，平面Si靶和Al靶以对靶的方式安置在炉体内壁上，通过调整中频脉冲电源的功率控制靶的溅射率；采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与Ti、Si、Al元素结合，在基体表面沉积形成TiAlSiN涂层，所制备的TiAlSiN涂层厚度为3.5微米，涂层显微硬度40GPa，摩擦系数约为0.7，TiAlSiN涂层抗氧化温度可以达到1000℃，具有优良的抗氧化性能和耐磨损性能。CN1026538ACN102653855A权利要求书1/1页1.一种耐磨损和抗氧化的纳米复合TiAlSiN超硬涂层的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：1）将基体预处理后放入电弧与磁控溅射复合镀膜设备中的转架杆上，该转架杆随转架台转动，或者自转，以保证镀膜过程的均匀性；2）以柱弧Ti靶作为Ti源，通过柱弧电源电流控制柱弧Ti靶的溅射率；以平面Si靶、Al靶作为相应元素的来源，平面Si靶和Al靶以对靶的方式安置在炉体内壁上，通过调整中频脉冲电源的功率控制靶的溅射率；采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与Ti、Si、Al元素结合，在基体表面沉积形成TiAlSiN涂层；3）制备工艺条件：A）工件等离子体清洗：工件装入真空炉后，通入10ml/min的Ar到真空室，当真空室气压达到6Pa时，开偏压至-1000V对真空室工件表面进行轰击清洗，持续20min；然后开柱弧Ti靶，柱弧电流60A，利用电弧进一步对工件表面轰击清洗，持续5min；B）过渡层制备：工件清洗完成后，调节Ar流量到20ml/min，将真空室气压调至0.3Pa，开启柱弧Ti靶，柱弧电流为60A，调整偏压到-500V，然后通入流量为10ml/min的N2，在工件表面镀制一层1微米厚的TiN过渡层，持续20min；C）TiAlSiN涂层制备：将偏压调整为-100V，按Ar和N2流量比1:2向真空室通入Ar和N2混合气体，调整真空室气压为0.3Pa，柱弧Ti靶电流保持60A，打开Si靶、Al靶的控制电源，逐渐将Si靶、Al靶的电源功率分别调至3kW、5kW，在TiN过渡层上进行TiAlSiN涂层制备，镀膜过程中真空室温度为200℃，镀膜时间140min，即可在基体表面上获得TiAlSiN纳米复合超硬涂层。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的预处理包括表面除油、抛光后浸入丙酮中超声波清洗和酒精脱水。2CN102653855A说明书1/4页耐磨损和抗氧化的TiAlSiN纳米复合超硬涂层制备方法技术领域[0001]本发明属于涂层材料制备领域，进一步涉及一种耐磨损和抗氧化的TiAlSiN纳米复合超硬涂层的制备方法，该方法制备的TiAlSiN涂层，抗氧化温度可以达到1000℃，硬度40GPa，摩擦系数约0.7，特别适合于在高速干切削刀具和高温成型模具领域应用。背景技术[0002]硬质涂层具有高硬度、抗氧化、耐磨损等优异性能，在刀具、模具及机械耐磨件上具有广泛应用前景。过去的二十多年中，以过渡族金属的氮化物和碳化物（如TiN、TiC、CrN、TiAlN等）为代表的两元或三元组分的硬质涂层一直应用于工具、模具表面的涂覆处理，显著提高了工具、模具的加工效率和使用寿命。[0003]当前，以数控机床为基础的先进制造技术正向高速、干切削方向发展，此时刀具涂层的使用温度要求在800℃以上，硬度大于30GPa，以保证刀具在高速干切削条件下，仍然具有良好的红硬性、耐磨性和抗氧化性能。因此，TiN、TiC、CrN等传统硬质涂层已无法满足刀具的使用要求，于是开发高性能硬质涂层就成为改善高速切削刀具的使用寿命和生产效率的急需攻克的技术难题。在此背景下，国外近年