[发明专利]AN/Cr1-xAlxN/Cr30(Al,Y)70N硬质梯度涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种AN/Cr_1-xAl_xN/Cr₃₀(Al，Y)₇₀N硬质梯度涂层，其特征在于：该涂层制备在硬质合金或钢铁基体上，涂层结构由三个部分组成，第一部分为CrN或TiN膜层，作为结合层和过渡层；第二部分为Cr_1-xAl_xN梯度膜层，其中梯度膜层从内到外结构式中的铝含量X由0.1线性过渡到0.7；第三部分涂层外层为含钇的Cr₃₀(Al，Y)₇₀N膜层；所述AN为CrN或TiN。

2.根据权利要求1所述的种AN/Cr_1-xAl_xN/Cr₃₀(Al，Y)₇₀N硬质梯度涂层，其特征在于TiN或CrN过渡层的厚度为0.3－0.6微米；Cr_1-xAl_xN梯度膜层的厚度1.5-3.4微米；Cr₃₀(Al，Y)₇₀N膜层的厚度为0.3－1.0微米；整个涂层厚度2.1-5μm。

3.权利要求1或2所述的AN/Cr_1-xAl_xN/Cr₃₀(Al，Y)₇₀N硬质梯度涂层的制备方法，其特征在于包括如下步骤和工艺条件：

（1）工件表面预处理：将工件置于碱性金属清洗液进行表面除油；再在室温下将工件置于盛有碱性金属清洗液的超声清洗机中超声处理；然后将清洗后的工件放入纯乙醇溶液脱水处理后干燥；所述工件为硬质合金或钢铁基体工件；

（2）预加热：将经过预处理的工件装入真空镀膜炉中，抽真空达到5x10^-3Pa后，通入Ar气，维持真空度为0.1-0.4Pa，启动HCD电子枪及炉体内加热装置；HCD电子枪起弧后，控制HCD电子枪电流在110-180A；HCD源的直流等离子体电弧直接照射工件表面，直到真空室内达到100℃-200℃；

（3）表面清洗刻蚀：通入Ar维持镀膜炉真空室压力为0.1-0.4Pa，调整HCD枪电流为120-180A；对工件施加300-800V脉冲偏压；启动1－3个阴极多弧铬靶，溅射出来的铬离子在电场作用下轰击工件表面；在高能电子和金属离子共同作用下清洗和刻蚀表面，清洗刻蚀工件30-60分钟后关闭所有阴极多弧铬靶，镀膜炉真空室室内温度不超过300℃；

（4）二元氮化物过渡层AN制备：保持步骤（2）中Ar气通入量，调节N₂气通入量使镀膜炉真空室压力增加0.1-0.5Pa；聚焦HCD电子枪直流电弧于坩埚，HCD电子枪电流为120-160A；蒸发坩锅中纯钛或纯铬6-10分钟后关闭HCD电子枪，关闭Ar气源；调节N₂流量，保持真空室压力为0.5-1.5Pa，启动2个阴极多弧铬靶，铬靶电流为60-80A，对工件施加150-250V脉冲偏压，5－10分钟后关闭所有阴极多弧铬靶；

5）Cr_1-xAl_xN梯度膜层制备：仅通入N₂，保持真空室内压力为0.1-0.5Pa；调整工件偏压为50-100V，启动2个阴极多弧铬靶，保持两靶靶电流相同，每个阴极多弧铬靶的靶电流I_Cr在40－100A范围内变化；同时启动2个阴极多弧铝靶，保持两靶电流相同，阴极多弧铝靶的靶电流I_Al在40－100A范围内变化；该步骤镀制时间为30-50分钟，起始到结束I_Al/I_Cr电流比由0.4线性变化到3.0，使膜层中金属原子数量比[Al]/[Al]+[Cr]在10％－70％范围内呈线性变化；Cr_1-xAl_xN梯度膜层制备结束时真空室温度低于400°C；

（6）Cr₃₀(Al,Y)₇₀N膜层制备：启动加热辅助装置控制真空室温度在300－350°C；通入N₂，调节真空室内压力为0.3Pa；脉冲偏压为80V，启动2个CrAlY合金阴极多弧靶，靶电流控制在60－80A，时间为10－20分钟。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述超声清洗机中超声处理的超声频率为20－40KHz；强度为10－100W/升。