[实用新型]高硬度和高耐磨性TiAlN/ZrSiN纳米结构保护性涂层

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种新型保护性涂层，特别涉及一种具有TiAlN和ZrSiN交替沉积的高硬度和高耐磨性TiAlN/ZrSiN纳米结构保护性涂层，主要应用在高承载、高耐磨的零件表面，从而提高零件的使用寿命。

背景技术

随着先进制造业的发展，对材料的表面性能提出了越来越高的要求，要求材料表面具有较高的硬度、耐磨、耐腐蚀和耐高温性能。在材料表面涂覆一层超硬涂层是提高材料表面性能的一种有效途径，它的发展适应了现代制造业对金属切削刀具的高技术要求，可被广泛应用于机械制造、汽车工业、地质钻探、模具工业等领域。随着高速切削、干式切削等先进切削技术的不断发展，对涂层的性能也提出了更高的要求，传统的涂层，如TiN、TiCN、CrN、TiAlN涂层已逐渐不能满足要求。

随着纳米科学与技术的发展，纳米结构涂层成为硬质涂层材料的重要发展方向。所谓纳米结构涂层包括纳米多层和纳米复合两种结构。多层涂层是由两种或两种以上成分或结构不同的材料在垂直于涂层表面方向上相互交替生长而形成的二维多层材料，对于两种不同结构或组成的多层涂层，每相邻两层形成一个基本单元，其厚度称为调制周期，通常将调制周期小于100nm的多层涂层称为纳米多层涂层，研究表明，当调制周期为特定的厚度时，纳米多层涂层将呈现硬度异常升高的“超硬效应”，使纳米多层涂层具有高的力学性能。另外，作为一种二维复合材料，纳米多层涂层可以充分利用每种材料的优点，使其的综合性能得到提升。因此，纳米多层涂层是新型保护型硬质涂层的重要发展方向。纳米复合涂层是指由界面相包覆基体相的复合结构涂层，由于基体相的晶粒尺寸一般为几至几十纳米，因此称其为纳米复合涂层，该涂层同样具有超硬效应，已成为超硬涂层领域的重要发展方向。

通过查文献得知，纳米多层和纳米复合结构涂层目前已经通过多种方法成功制得，取得不少有益的成果，如TiZrAlSiON、AlTiN/AlCrN、TiAlZrN/CrN、AlN/Si3N4等。通过查询，检索到如下有关制备纳米结构超硬涂层的中国专利：

申请号为CN201410170158的专利涉及一种TiZrAlSiON纳米复合超硬涂层刀具及其制备方法，涂层刀具包括硬质合金刀具本体，刀具本体上涂镀TiZrAlSiON纳米复合涂层，TiZrAlSiON涂层包括50-100纳米厚金属打底层Zr金属层、100-200纳米厚氮化物过渡层ZrN、1000-4000纳米厚功能层TiZrAlSiON构成，该纳米复合涂层具有纳米晶颗粒镶嵌于非晶基体的纳米复合结构，纳米颗粒为TiN和ZrN，而非晶基体包括Al2O3和Si3N4；所制备的TiZrAlSiON复合涂层具有硬度高、摩擦系数低、韧性和结合力强，优异的抗高温氧性等特点。

申请号为CN201210368027的专利涉及一种AlTiN-AlCrN超硬纳米多层复合涂层滚齿刀及其制备方法。在滚齿刀采用电弧离子镀技术生成由Cr、CrN、AlTiN/CrN、AlTiN/AlCrN依次构成的纳米复合涂层。该实用新型所制备的AlTiN/AlCrN涂层与高速钢或者硬质合金滚齿刀具有良好的结合力、良好的硬度和优越的耐温性能。

申请号为CN201410398736的专利涉及一种高硬度TiAlZrN/CrN纳米多层涂层及其制备方法；所述纳米多层涂层由多个TiAlZrN层和CrN层构成，各TiAlZrN层和CrN层交替沉积在基体上形成纳米量级多层结构，其总厚度为2.4～5.8μm；所述纳米多层涂层的制备方法为首先将基体表面抛光处理，经超声波清洗和离子清洗后，再采用反应溅射法在基体上交替溅射TiAlZrN层和CrN层。

申请号为CN200710135578的专利涉及一种纳米结构涂层及其制备方法,所述的AlN/Si3N4纳米多层膜由AlN和Si3N4形成在金属或陶瓷的基体上，为交替沉积纳米量级的多层结构，各层厚度范围是：AlN层厚度为2.0-12nm，Si3N4层为0.4-12.0nm，总厚度为1.0到5.0微米。制备时，首先将金属或陶瓷基体表面作镜面抛光处理，然后通过在金属或陶瓷的基体上采用纯Al和Si靶进行双靶射频反应溅射方法交替沉积Si3N4层和AlN层，通入高纯的Ar和N2，制取AlN/Si3N4纳米多层膜。AlN/Si3N4多层膜的厚度通过增加多层膜的调制周期数获得。