[发明专利]具有硬质涂层的被覆件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有硬质涂层的被覆件及该被覆件的制备方法。

背景技术

高切削速度、高进给速度、高可靠性、高精度和长寿命是目前刀具的发展方向，而不用或少用冷却液的干式切削技术，由于效率高，对环境污染小，正逐步成为切削技术发展的主流。但是这些技术对刀具涂层的性能提出了更高的要求，尤其是长时间的干式切削将导致刀具与被切削件接触温度迅速升至600-800℃以上，这些苛刻的条件要求涂层同时具有高硬度、低摩擦系数及优异的高温抗氧化性能。目前商业化较为成功的刀具涂层是TiAlN涂层，该涂层具有较好的高温抗氧化性能，能较大程度提高刀具表面硬度和耐磨性能。但是，普通的TiAlN涂层的HV硬度难以超过30GPa，抗氧化温度为800℃以下，已经不能很好的满足某些较高硬度材料的切削加工。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种具有具有硬质涂层的被覆件，该被覆件具有较高硬度、耐磨损及优良的高温抗氧化性能。

另外，还有必要提供一种上述被覆件的制备方法。

一种具有硬质涂层的被覆件，包括硬质基体及形成于该基体上的结合层，该被覆件还包括形成于该结合层上的纳米复合层，该纳米复合层包括多层TiN层和多层TiON层，所述TiN层和TiON层交替堆叠。

一种具有硬质涂层的被覆件的制备方法，包括以下步骤：

提供硬质基体；

提供一磁控溅射设备，将该硬质基体放入该磁控溅射设备的转架上，在该磁控溅射设备的真空室内设置多对钛靶；

开启钛靶，在硬质基体上溅射一由钛金属组成的结合层；

开启钛靶，向真空室持续通入氮气，同时间歇性地通入氧气，在结合层上交替溅射多层TiN层和多层TiON层，以形成纳米复合层，该TiN层和该TiON层交替堆叠。

本发明的具有硬质涂层的被覆件包括由TiN层和TiON层交替堆叠而形成的纳米复合层，由于TiN和TiON的晶格参数等不相同，因此在TiN层和TiON层界面上，存在着原子的错配，而原子错配是位错滑移的巨大障碍，会导致纳米复合层硬化，即产生超晶格硬化效应，使得纳米复合层的硬度大大增加，从而大大提升涂层的整体硬度。此外，TiON层中存在Ti-O化合物，Ti-O化合物较大地提高纳米复合层的高温抗氧化性。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的被覆件的剖视示意图。

图2为本发明较佳实施例的被覆件的制备方法中所用磁控溅射设备示意图。

图3为本发明一实施例的被覆件的制备方法中溅镀纳米复合层时通入氮气随时间的变化示意图。

主要元件符号说明

被覆件                10

硬质基体              20

结合层                30

纳米复合层            40

TiN层                 42

TiON层                44

磁控溅射设备          1

真空室                2

真空泵              3

转架                4

钛靶                5

气源通道            7

具体实施方式

请参阅图1，本发明具有硬质涂层的被覆件10包括硬质基体20、形成于该硬质基体20的一结合层30及形成于该结合层30上的纳米复合层40。该纳米复合层40包括若干TiN层42和若干TiON层44，所述TiN层42和TiON层44交替堆叠。

该硬质基体20的材质可以为高速钢、硬质合金、陶瓷、不锈钢、镁合金及铝合金等。

该结合层30为一钛金属层。该结合层30的厚度可为20～50nm，其用于提高纳米复合层40与硬质基体20之间的结合力。结合层30的厚度过小(小于20nm)时，结合力太小；厚度过大(大于50nm)时，因钛金属相对于TiN层42和若干TiON层44较软，不利于提高涂层的整体硬度。

所述TiN层42中钛的质量百分含量大约为76.18％～77.42％，氮的质量百分含量为22.58％～23.82％。该TiN层42中除了Ti-N化合物相，还存在未与氮反应的金属钛相。