[发明专利]PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺

说明书

技术领域

 本发明涉及涂层技术领域，具体涉及PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺。

背景技术

在工模具表面镀制涂层，能够提高工模具的耐磨性、抗氧化性和红硬性。尤其是用于加工汽车零件和模具的刀具，均需在其表面镀制涂层，才能满足加工要求。

目前，国内在工模具表面镀制的涂层使用较多的是单层多元涂层，例如TiCN系列涂层，这类涂层最大的缺点是涂层与工模具表面的结合强度较低，且涂层中的内应力较大。国外大多使用多层复合涂层，尤其是纳米复合多层结构的涂层，例如：TiN/VN、TiC/TiB2、TiN/Ti2N、TiN/CrN、TiN/CrVN等涂层，这类涂层能够提高涂层与工模具表面的结合力，而且镀制了这类涂层的工模具的红硬性、抗氧化性和耐磨性也较高。但是镀制了这类涂层的工模具，尤其是用于孔加工用的螺旋刃机械铰刀，其价格昂贵，而且其重磨修复成本高，从而使国内企业的生产成本高。

专利申请号为200910193492.X的中国发明专利申请公开了TiN / (TiN+CrN)/CrAlN纳米复合涂层及其制备方法，该纳米复合涂层的涂层结构虽然能使涂层中的内应力有所降低，使涂层与基体的结合力有所提高，但是，该TiN / (TiN+CrN)/CrAlN纳米复合涂层的制备方法中，由于对每层涂层的涂制均为一次性涂制完成，使得涂层中的内应力的降低程度不够理想，从而使得涂层与基体的结合力的提高程度不够理想。

发明内容

本发明的第目的在于针对现有技术的不足，提供PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，利用该PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺所镀制的纳米复合多层涂层的的内应力小，该纳米复合多层涂层与工模具表面的结合强度好；而且镀制了该纳米复合多层涂层的工模具具有红硬性高、抗氧化性高、耐磨性高和价格低的特点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

PVD技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺，它包括以下步骤：

a、工模具表面的预处理：将工模具放入碱性金属清洗液中煮沸，然后室温下将工模具放入装有碱性金属清洗液的超声清洗机中进行超声处理，然后放入纯乙醇溶液中脱水处理后干燥；

b、工模具的预加热：将经过表面预处理的工模具放入镀膜炉中，通入Ar气，启动空心阴极电子枪和炉体内的加热装置，空心阴极电子枪的直流等离子体电弧直接照射工模具的表面以达到加热的目的；

c、工模具表面的清洗刻蚀：通入Ar气，调整空心阴极电子枪的电流值，对工模具施加脉冲偏压；启动阴极多弧Ti靶，阴极多弧Ti靶溅射出来的Ti离子在电场作用下轰击工模具表面，在高能电子和Ti离子的共同作用下清洗刻蚀工模具表面；

d、TiN膜层的镀制：关闭步骤c中启动的阴极多弧Ti靶，保持步骤c中Ar气的通入，同时通入N₂气，然后聚焦空心阴极电子枪的直流电弧于坩埚，先蒸发坩埚中的金属Ti后，关闭空心阴极电子枪，同时关闭Ar气源；分至少两次启动阴极多弧Ti靶，然后对工模具施加脉冲偏压后关闭阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了TiN膜层；

其中，TiN膜层作为镀制于工模具表面的最内层，TiN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的5%~10%；

e、 (TiN+CrN)膜层的镀制：继续通入N₂气，分至少两次启动阴极多弧Cr靶，对工模具施加脉冲偏压后关闭阴极多弧Cr靶；然后调节N2气流量，分至少两次启动阴极多弧Ti靶，对工模具施加脉冲偏压后关闭阴极多弧Ti靶，从而在工模具表面覆盖了(TiN+CrN)膜层；

其中，(TiN+CrN)膜层作为镀制于工模具表面的中间层，(TiN+CrN)膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的55%~75%；

其中，在所述(TiN+CrN)膜层中，TiN的相对含量为55%~65%，CrN的相对含量为35%~45%；

f、CrAlN膜层的镀制：调节N2气流量，分至少两次启动阴极多弧Al靶，对工模具施加脉冲偏压后关闭阴极多弧Al靶；再次调节N2气流量，分至少两次启动阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，对工模具施加脉冲偏压后关闭阴极多弧Cr₅₀Al₅₀合金靶，从而在工模具表面覆盖了CrAlN膜层；

其中，CrAlN膜层作为镀制于工模具表面的最外层，CrAlN膜层的厚度占所述纳米复合多层涂层总厚度的15%~40%；