[发明专利]TiAlN-TiBN多层厚膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对工件表面处理的镀膜，尤其涉及一种TiAlN-TiBN多层厚膜，本发明还涉及该多层厚膜的制备方法。属于材料表面镀膜技术领域。 

背景技术

TiAlN是新一代的刀模具用硬质薄膜材料，其中Al原子增强了膜层的抗氧化性，使其比TiN更适用于提高刀、模具寿命，以及各种耐磨零件和高温部件的表面防护。单一的TiAlN膜层的缺陷较多，膜内应力过大，与基体的附着力随厚度的增加而下降，因此商业应用的TiAlN膜的厚度通常只有3～4μm，制备厚的TiAlN膜层十分困难。但对于基底材料较软或不能热处理的精密零部件，由于基底不能有力支撑TiAlN膜，会发生早期破坏，因此制备TiAlN厚膜具有很大的价值。 

TiAlN膜的工业化制备方法主要有两类，电弧离子镀和磁控溅射离子镀以及这两种技术的复合等。电弧离子镀具有金属离化率高(可达60％～80％)，沉积速率高，但易产生大的液滴；而磁控溅射具有膜层的致密度高，无液滴，但沉积速率较低，靶材易中毒。林小东等人采用Ti靶电弧离子镀与Al靶中频磁控溅射镀的复合工艺，制备的单层TiAlN薄膜比TiN薄膜表面液滴尺寸更小，且膜层针状孔洞基本消除，组织更为致密均匀，TiAlN薄膜的硬度比TiN薄膜的硬度，提高30％左右。 

通过多组元或多层的方法可以改善TiAlN膜的性能。相关文献如《钛工业进展》2004年6月第21卷第3期公开的“TiAlBN多元膜的性能与组织结构研究”由谢致薇等所著，该文献中采用电弧离子镀技术使用TA5钛合金靶材增加B元素，获得TiAlBN薄膜表明：这种多元膜具有优于TiN膜的显微硬度，与TiN膜相比，具有更加明显的择优取向趋势；又如《材料研究学报》2007年12月第21卷第6期公开的“离子轰击能量对ZrN/TiAlN纳米多层膜性能的影响”由曹猛等所著，该文献采用超高真空离子束辅助沉积系统(IBAD)制备一系列具有纳米调制周期的ZrN/TiAlN多层膜，研究了离子辅助轰击对薄膜性能的影响.结果表明：离子辅助轰击使大部分ZrN/TiAlN多层膜的纳米硬度和弹性模量值高于两种个体材料的平均值；离子的轰击和薄膜表面原子与轰击离子之间的动量传输提高了薄膜的致密度；当轰击能量为200eV时，多层膜的硬度最高(30.6GPa)，弹性模量，表面粗糙度和摩擦系数等也明显改善。 

在厚膜研究方面，参考《中国表面工程》2008年6月第21卷第3期中“电弧离子镀多层Ti/TiN厚膜组织和力学性能研究”由马占吉等所著，文献采用电弧离子镀技术在钛合金(Ti6Al4V)上制备了Ti/TiN多层厚膜，膜层厚度为21.6μm～25.6μm，研究表明：随膜层中Ti比例增加，膜层附着力增加，但膜层维氏硬度变化不大。 

相关的专利文献公开的也较多，具体可参考CN1648286A、CN1858295A、CN10124744A等。 

总体而言，尽管目前研究TiAlN膜的文献很多，可实际使用的TiAlN膜厚度也仍局限在几个微米范围，因此有必要针对这个问题开发研究，扩大TiAlN工程化应用范围。 

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种结合度强、致密均匀、显微硬度大的TiAlN-TiBN多层厚膜。 

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种结合度强、致密均匀、显微硬度大的TiAlN-TiBN多层厚膜的制备方法。 

本发明所要解决的第三个技术问题是针对上述的技术现状而提供一种运行成本低厚度大的TiAlN-TiBN多层厚膜的制备方法。 

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种TiAlN-TiBN多层厚膜，其特征在于该多层厚膜由磁控溅射的TiAlN层和电弧离子镀的TiBN层交替沉积而成，并且，前述的TiBN层厚度为0.1μm～0.3μm，前述的TiAlN层厚度为2.1μm～4.3μm。 

作为优选，所述的TiBN层厚度为0.2μm，前述的TiAlN层厚度为3.8μm～4μm。 

作为优选，所述的多层厚膜总厚度为20μm～30μm。 

一种TiAlN-TiBN多层厚膜的制备方法，其特征在于包括如下步骤：