[发明专利]一种TiAlN/MoN多层膜复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于机械切削基底制造技术领域，特别涉及一种TiAlN/MoN多层膜复合涂层及其制备方法。

背景技术

对基底进行涂层处理是提高基底性能的重要途径之一，沉积涂层的基底可以提高加工效率和加工精度，延长基底使用寿命，降低加工成本。TiN涂层是应用最早和最广泛的复合涂层材料，在TiN涂层的基础上，人们又开发出了性能更为优良的TiAlN、MoN、TiCN、TiSiN等复合涂层。随着现代加工技术的发展，特别是高速高精度数控机床的加工向以车代磨、以铣代磨、以钻代铰的方向发展，对复合涂层提出了更高的要求，特别是对涂层的高硬度、抗高温氧化性能的要求。

涂层基底在切削过程中由于切削热的产生使得加工区域的温度急剧上升，良好的高温抗氧化性能和热稳定性能以及摩擦性能成为衡量涂层材料的三个重要性能指标。将两种或两种以上不同材料相互交替沉积形成的多层结构具有基体材料和单一涂层难以达到的特殊性能，能满足一些特殊应用的需求。例如，为了提高复合涂层的抗氧化能力，通过在TiN等涂层中增加一层或几层0.1nm-8nm厚的Al₂O₃层，使之与氮化物形成具有多层结构的涂层(美国专利US6565957、US6638571、US5766782和中国专利95108982.X等)，从而可以提高抗氧化性能。

TiAlN涂层是在TiN基础上发展起来的一种复合涂层，有文献研究了含有TiAlN的多层膜涂层的相关性能。R.Ananthakumar等人研究了TiN/TiAlN多层膜涂层，研究结果表明TiN/TiAlN多层膜涂层的摩擦系数和磨损率均低于单一TiN或TiAlN涂层。

Yin，YuChang等人的研究表明，Al_0.63Ti_0.37N/CrN多层膜涂层具有较高的热稳定性，同样条件下，Al_0.63Ti_0.37N/CrN多层膜涂层形成的氧化层厚度低于Al_0.63Ti_0.37N。

发明内容

本发明克服现有复合涂层技术的不足，提出一种具有高硬度和优良抗氧化性能以及自润滑性的并且涂层与基体之间表现出良好的结合强度的含TiAlN层和MoN层的复合涂层基底，还相应提供一种工艺简单、设备常规、低生产成本的该复合涂层基底的制备方法。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种TiAlN/MoN多层膜复合涂层，沉积于基体上，所述的TiAlN/MoN多层膜复合涂层由下至上依次为金属结合层、过渡层以及复合多层，其中金属结合层沉积在基体上，金属结合层为TiAl或Mo，其厚度为50～100纳米，所述过渡层为TiAlN或MoN，其厚度为50～500纳米，所述复合多层为TiAlN和MoN交替沉积，其中单层TiAlN的厚度为5～50纳米，单层TiAlN中Al元素的原子百分数为30％～66％，单层MoN的厚度为5～50纳米，复合多层的总厚度为1～12微米。

所述的基体为硬质合金、不锈钢、高速钢、碳钢或模具钢。

所述复合多层中TiAlN、MoN均为纳米晶，晶粒尺寸为5～10nm。

本发明还提供了上述TiAlN/MoN多层膜复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)、预处理：对基底进行清洗，去除表面的油污及其他附着物，吹干后放入镀膜机中，抽真空至预先设定的真空度；

(2)、溅射清洗：用离子轰击清洗基底表面；

(3)、沉积金属结合层：沉积条件为：温度为200～400℃，气压3×10^-3Pa，偏压－800V～－1000V；TiAl靶或Mo靶电流大小为80A；通过调整沉积参数控制金属结合层厚度；

(4)、沉积过渡层：沉积条件为：200～400℃，氮气环境下，气压1～2Pa，偏压－100V～－200V，TiAl靶或Mo靶电流大小为80A，通过调整沉积参数控制金属结合层厚度；

(5)、沉积复合多层：200～400℃，氮气环境下，气压1～2Pa，偏压－100V～－200V，TiAl靶以及Mo靶电流大小为70A，在过渡层上交替沉积TiAlN层和MoN层，直至复合多层的厚度达到1～12微米；

(6)、后处理：根据需要对TiAlN/MoN多层膜复合涂层进行原位退火或在一定真空度下自然冷却至室温。