[发明专利]一种TiZrAlSiON纳米复合超硬涂层刀具及其制备方法

权利要求书

1.一种TiZrAlSiON纳米复合超硬涂层刀具，其特征在于：涂层刀具包括硬质合金刀具本体及本体上涂镀的TiZrAlSiON纳米复合涂层；

所述的TiZrAlSiON纳米复合涂层包括50-100纳米厚金属打底层Zr金属层、100-300纳米厚氮化物过渡层ZrN、1000-4000纳米厚功能层TiZrAlSiON；

所述的1000-4000纳米厚功能层TiZrAlSiON具有纳米晶颗粒镶嵌于非晶基体的纳米复合结构，即纳米颗粒TiN和ZrN镶嵌于非晶基体Al₂O₃和Si₃N₄中，其中纳米晶颗粒TiN和ZrN的尺寸为5-15纳米；

所述复合涂层的力学性能为具有超过35GPa的超高硬度，0.3左右的低摩擦系数，大于50N的附着力；

氧气反馈装置精确控制涂层的氧含量至3-10at.%；

其制备方法如下：

其制备方法为采用多弧离子镀结合双极脉冲磁控溅射，多路气体控制制备纳米复合TiZrAlSiON涂层，其中Si元素的获得通过双极脉冲磁控溅射Si圆柱靶获得，Zr、Ti、Al元素的获得则通过多弧离子蒸镀实现，具体步骤为：

当真空腔室本底真空达到1×10^-3到8×10^-3Pa时，通过气体控制通入Ar气至1-3Pa，调节基体温度在300-400℃、调节基体偏压在-700-1000V，基片架转速在3-8rpm，对经过表面处理的硬质合金刀具进行辉光清洗；辉光清洗结束后，调节基体偏压在200-300V，基片温度300-500℃，气压在1-3×10^-1Pa，开启电弧离子镀Zr靶，控制Zr靶电流在50-70A，轰击所述硬质合金刀具5-10分钟，形成50-100纳米厚的Zr金属打底层；金属打底层沉积结束后，通过气体控制通入N₂并控制气压在1-2Pa，基体偏压在100-200V、Zr靶电流50-80A，沉积100-300nm厚ZrN氮化物过渡层；氮化物过渡层沉积结束后，开启电弧离子镀Zr靶和AlTi合金靶，并控制靶电流在40-60A，同时开启双极脉冲磁控溅射Si靶，调节电流至5-10A，然后通过气体控制系统控制氮气和氧气流量，N₂和O₂分别通入60-100和200-400sccm，气压控制在2-4Pa，沉积1000到4000纳米厚的TiZrAlSiON纳米复合涂层。