[发明专利]一种冷轧圆盘飞剪的硬质涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种冷轧圆盘飞剪的硬质涂层，其特征是该涂层分为三层：一层为与基底相接的金属过渡底层，厚度为0.001-1微米，优选0.005-0.5微米；二层为沉积在金属过渡底层顶面的包含V Me及IV V Me族元素中的至少二种元素的富金属中间过渡层，厚度为0.001-1微米，优选0.1-0.5微米；三层为沉积在富金属中间过渡层顶面上的纳米金属氮化物或氮碳化物陶瓷表面层，表面层包括V Me或包含纳米非晶相的IV V Me族元素，纳米金属氮化物或氮碳化物陶瓷表面层厚度为0.1-10微米，优选为2-5微米。

2.根据权利要求1所述的一种冷轧圆盘飞剪的硬质涂层，其特征是所说的IV V族元素是碳、硅或氮中的1种或2-3种组合；Me是金属材料中的钛、铝或铬中的1种或2-3种组合。

3.根据权利要求1所述的一种冷轧圆盘飞剪的硬质涂层，其特征是所说的金属过渡底层为Ti、Al或Cr中的一种，优选的Ti金属。

4.根据权利要求1所述的一种冷轧圆盘飞剪的硬质涂层，其特征是所说的富金属中间过渡层为：添加的反应气体为氮气时，为富钛氮化物层；添加的反应气体为氮气及硅烷时，为富钛的含有纳米非晶Si₃N₄相的氮碳化物层；添加的反应气体为氮气及硅烷，使用的金属为钛、铝及铬时，为富金属钛、铝及铬的含纳米非晶Si₃N₄相的金属氮碳化物层。

5.根据权利要求1所述的一种冷轧圆盘飞剪的硬质涂层，其特征是所说的纳米金属氮化物或氮碳化物陶瓷表面层中，V Me优选T iN；包含纳米非晶Si₃N₄的IV V Me元素优选纳米复合TiSiCN层或纳米复合TiAlCrSiCN。

6.根据权利要求1所述的一种冷轧圆盘飞剪的硬质涂层，其特征是所说的纳米非晶相是原子比为43％Si及57％N的Si₃N₄，总含量不超过原子比的5％。

7.根据权利要求1所述的一种冷轧圆盘飞剪的硬质涂层，其特征是所说的含纳米非晶相Si₃N₄相涂层中，C原子来自镀膜时形成Si₃N₄相所需的三甲基硅烷(Si(CH₃)₃H)量，形成原子比1％非晶Si₃N₄相，产生12％的金属碳化物相，其余为金属氮化物相。

8.根据权利要求1所述的一种冷轧圆盘飞剪的硬质涂层，其特征是所说的纳米复合TiSiCN涂层中，Ti原子比为总原子比的50％；纳米复合TiAlCrSiCN涂层中，Ti、Al及Cr之和为总原子比的50％，其中Ti、Al、Cr分别为总原子比的0-35％、0-15％和0-15％。

9.一种冷轧圆盘飞剪的硬质涂层的制备方法，其特征是该方法包括下述步骤：

a.冷轧圆盘飞剪的外部清洗：用重量百分比1-10％氢氧化钠碱水溶液，在30℃-50℃下超声清洗5-30分钟，清水漂洗2-3次，鼓风机干燥，然后再次超声波酒精清洗10-30分钟，去离子水漂洗1-2次后，压缩空气或氮气吹干，干燥箱内50℃-200℃保温30-60分钟，工件吊装入镀膜机；

b.冷轧圆盘飞剪的内部清洗：镀膜机本底真空抽至3x10^-3Pa以下，真空室加热至100℃-300℃°，保温30-120分钟，去除真空室内残余气体，向真空室回补氩气至1-2Pa，打开钨灯丝，至灯丝电流10-30A，脉冲偏压电源在基体上加偏压，脉冲工艺参数为100-300W功率、60KHz频率、50％占空比；钨灯丝加偏压50～150V，产生增强等离子体，对圆盘飞剪实施内部等离子体清洗10-60分钟；

c.在冷轧圆盘飞剪上施加硬质涂层：该涂层分为三层，即金属过渡底层、富金属中间过渡层和纳米金属氮化物或氮碳化物陶瓷表面层，采用磁控溅射及等离子体增强磁控溅射方法，具体实施过程如下：

(1)冷轧圆盘飞剪内部清洗后，降低氩气流量，至真空压强为0.2-1Pa，设定工件旋转速度30-100转/分钟，开启基体直流偏压25-150V，开启磁控靶电源；

(2)在冷轧圆盘飞剪表面施加金属过渡底层：靶功率设定为1-5KW，60KHz频率及50-80％占空比，镀膜1-10分钟；

(3)在金属过渡底层顶面上施加富金属中间过渡层：开启反应气体，反应气体氮通入量为5-15sccm，三甲基硅烷15-40sccm，继续镀膜15-60分钟；

(4)在富金属中间过渡层顶面施加纳米金属氮化物或氮碳化物陶瓷表面层：增加氮气流量至10-50sccm，继续镀膜5小时；

(5)关闭所有电源及气体，保持真空冷却2-3小时，打开镀膜机，取出镀膜后的冷轧圆盘飞剪。