[发明专利]一种Ti-Mo-N多元硬质薄膜

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料的表面薄膜，尤其是一种Ti-Mo-N多元硬质薄膜。

背景技术

切削工具具有特殊的基体，其基体例如由高速钢、硬质金属、碳化物金属、金属陶瓷等制成。通常还要在基体上施加单层或多层薄膜涂层，以改善切削工具的性能。而在切削工具表面制备具有高的硬度、耐磨性以及优异的耐腐性Ti-N二元薄膜是一种常规的方法。

然而随着现代工业的快速发展，对切削工具性能提出了更高的要求，迫切要求在硬度、耐磨性、耐腐蚀性、高温抗氧化性等各个方面改善其的使用性能，单纯的Ti-N二元薄膜在硬度、耐磨性，特别是涂层的结合力、耐蚀性、高温抗氧化行等方面越来越力不从心。现今被普遍使用在TiN薄膜中掺杂第三、第四种元素或者对通过对薄膜实施热处理从而改变薄膜的硬度等性能。

然而由于可供选择的掺杂元素种类较多，而制备薄膜工艺步骤参数也千差万别，因此选择一种较好的TiN薄膜的掺杂元素，并找到与之相应的一种合适的TiN薄膜的制备工艺参数，对于提高TiN薄膜的性能进而拓展切削工具的使用范围和使用条件具有重要的意义和实际的应用价值。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的即在于为TiN薄膜选择合适的掺杂元素以制备多元薄膜，并优化多元薄膜的制备工艺参数，从而制备获得具有高性能Ti-Mo-N多元硬质薄膜。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

首先，以Ti、Mo、N为薄膜的基本组成元素，采用磁控溅射的方法在切削工具表面制备Ti-Mo-N三元薄膜。

具体而言是，先将切削工具的基体材料表面抛光，并分别用氢氟酸、丙酮、酒精和去离子水等在超声波清洗器中各清洗约10min后烘干备用；

随后，将基体材料置于磁控溅射设备真空室内的样品台上，并将纯Ti靶和Ti₅₀Mo₅₀合金靶分别置于不同的阴极靶位；

随后将真空室内真空度抽到≤5×10^-4Pa，同时通入流量为8-10sccm的Ar，当真空室气压为2-4Pa时，预溅射2-3min，预溅射的功率为50-70W，以进一步清洗基体材料的成膜表面；

随后维持Ar的流量为8-10sccm，控制基体材料温度为40-50℃，当真空室气压为1-1.5Pa时，向基体材料施加100-150V的负偏压，同时移开纯Ti靶的挡板，以50-70W的功率进行溅射，溅射时间为5-10min，以形成一层纯Ti薄膜；

随后开始通入流量为0.3-0.6sccm的N₂，并维持Ar的流量为8-10sccm、真空室气压为1-1.5Pa、基体材料的负偏压为100-150V、基体材料的温度为40-50℃，以50-70W的功率进行溅射，溅射时间为15-25min，以形成一层Ti-N二元薄膜；

随后维持Ar的流量为8-10sccm、N₂的流量为0.3-0.6sccm、真空室气压为1-1.5Pa、基体材料的负偏压为100-150V，升高基体材料的温度为80-100℃，同时关闭纯Ti靶的挡板并移开Ti₅₀Mo₅₀合金靶的挡板，以50-70W的功率进行溅射，溅射时间为80-100min，以形成Ti-Mo-N三元薄膜。

本发明的优点是：在切削工具的表面形成了多层不同性质的Ti-Mo-N多元硬质薄膜，既获得了与基体良好的结合性能，又具有优异的硬度、耐磨性、耐蚀性及高温抗氧化性。

具体实施方式

下面，通过具体的实施例对本发明进行详细说明。

一种用于切削工具表面的具有高性能Ti-Mo-N多元硬质薄膜的，其由以下制备步骤制备得到：

其是以Ti、Mo、N为薄膜的基本组成元素，采用磁控溅射的方法在切削工具表面制备Ti-Mo-N三元薄膜；

选用W6Mo5Cr4V2高速钢作为切削工具的基体材料，先将基体材料表面抛光，并分别用氢氟酸、丙酮、酒精和去离子水等在超声波清洗器中各清洗约10min后烘干备用；

随后，将基体材料置于磁控溅射设备真空室内的样品台上，并将纯Ti靶和Ti₅₀Mo₅₀合金靶分别置于不同的阴极靶位；

随后将真空室内真空度抽到≤5×10^-4Pa，同时通入流量为9sccm的Ar，当真空室气压为3Pa时，预溅射2min，预溅射的功率为60W，以进一步清洗基体材料的成膜表面；