[发明专利]硬质薄膜、具备硬质薄膜的被覆件、及该被覆件的制作方法

说明书

技术领域

本发明是关于一种硬质薄膜、具备该硬质薄膜的被覆件、及该被覆件的制作方法。

背景技术

硬质薄膜广泛地应用于硬质合金、高速钢、以及陶瓷等基材的表面以制作出高硬度及高耐磨性的被覆件。现有的硬质薄膜主要有氮化钛薄膜、氮化铝薄膜以及氮化钛/氮化铝复合薄膜等。其中，氮化钛/氮化铝复合薄膜通过氮化钛层与氮化铝层的纳米级粒子相互扩散，较单一的氮化钛薄膜、氮化铝薄膜具有更高的硬度，通常的氮化钛/氮化铝复合薄膜硬度可达40Gpa。

工业上一般通过物理气相沉积(PVD)方法在基材上交替沉积氮化钛层与氮化铝层以在基材上形成氮化钛/氮化铝复合薄膜，然该种氮化钛/氮化铝复合薄膜中，钛和铝难以与氮完全反应生成化学剂量比的氮化钛或氮化铝，在该复合薄膜中实际含有很多其他相，如Ti₂N、A1₂N、以及Ti、Al等。在该复合薄膜中，通常钛的质量百分含量为47.2％-48.4％，铝的质量百分含量为26.8％-27.4％，氮的质量百分含量为24.2-26％，氮的含量相对偏低，难以较好地提高硬质薄膜整体的硬度和耐磨性能。

工业上亦有将基材(如铝、钛等)通过渗氮处理来提高基材表面的硬度，该渗氮处理方法主要为辉光法渗氮。辉光法渗氮是将基材放入镀膜室内，在一定温度下，利用辉光放电的原理将氮原子电离后直接打在基材表面，以与基材表层的元素反应生成硬度较大的氮化物，如此增加基材表面的硬度与耐磨性能。然而，该种渗氮处理氮的注入量有限，因此对基材硬度的提高有限，对于基材表面已形成有氮化物硬质层的情况，想要通过该种渗氮方法来进一步提高该硬质层的硬度已难以实现。

发明内容

鉴于上述内容，有必要提供一种高硬度、高耐磨损性的硬质薄膜。

另外，还有必要提供一种具备上述硬质薄膜的被覆件。

此外，有必要提供一种上述被覆件的制作方法。

一种硬质薄膜，包括交替排布的氮化钛层与氮化铝层，所述硬质薄膜中钛的质量百分含量在46-46.6％，铝的质量百分含量在25.6-26.2％，氮的质量百分含量在27.2-28.4％。

一种被覆件，包括基材及形成于基材上的硬质薄膜，该硬质薄膜中钛的质量百分含量在46-46.6％，铝的质量百分含量在25.6-26.2％，氮的质量百分含量在27.2-28.4％。

一种被覆件的制作方法，包括以下步骤：

提供一基材；

将基材置入镀膜机中交替沉积氮化钛层与氮化铝层；

接着将沉积有氮化钛层与氮化铝层的基材放入热处理炉中进行氮化热处理，制得充分氮化的硬质薄膜层，相应地制得所述被覆件，硬质薄膜中钛的质量百分含量在46-46.6％，铝的质量百分含量在25.6-26.2％，氮的质量百分含量在27.2-28.4％。

本发明硬质薄膜由氮化钛层与氮化铝层交替沉积以及交替沉积后氮化热处理制成，氮化钛层与氮化铝层交替沉积形成的薄膜相较于单一的氮化钛层或氮化铝层薄膜，通过氮化钛层与氮化铝层的纳米级粒子相互扩散，使得硬质薄膜具备更高的硬度及耐磨性能；通过氮化热处理处理，提高了氮元素的质量百分含量，可使薄膜上未反应的及氮化未完全的金属粒子完全氮化，硬质薄膜的硬度进一步提高，可从通常情况下的40Gpa提高到46-50GPa。相应地，具备该硬质薄膜的被覆件具备优良的硬度和耐磨性能。制作被覆件中，通过先将基材进行交替沉积氮化钛层与氮化铝层，然后将形成硬质薄膜的基材放入热处理炉中进行氮化热处理，制作工艺简单。

附图说明

图1是本发明较佳实施例具备硬质薄膜的被覆件的剖视示意图；

图2是图1所示被覆件的制作方法流程图；

图3是图1被覆件的制作过程中所用镀膜机的结构示意图。

主要元件符号说明

被覆件              10

基材                11

硬质薄膜            12

氮化钛层            121

氮化铝层            122

镀膜机              100

镀膜室20

真空泵30

轨迹21

第一靶材            22

第二靶材            23

气源通道            24

具体实施方式