[发明专利]一种两相复合纳米涂层

说明书

技术领域

本发明涉及涂层领域，尤其涉及一种在机床刀具上使用的复合涂层，属于机械领域。

背景技术

硬质涂层主要是通过气相沉积方法，在刀具基体上沉积的高硬度耐磨防护涂层。目前，硬质涂层已广泛应用于钻头、丝锥、立铣刀、铰刀、可转位铣刀片、焊接刀具等的防护处理，以及模具、耐磨机械零部件等的表面处理领域。通常，这类涂层具有极高硬度、极高耐磨性，结合刀具基体的高强度、高韧性等优点，涂层处理可显著提高刀具的耐磨性而不降低其韧性，赋予刀具优异的综合机械性能，进而延长切削刀具使用寿命，大幅提高机械加工效率。此外，硬质涂层涂覆于零部件可以有效地降低各零部件的机械磨损及高温氧化倾向，从而延长机械零部件的使用寿命，这些良好的综合性能使得硬质涂层在工业材料尤其是刀具材料中有着重要的应用前景。

刀具涂层技术较好地解决了刀具材料硬度和耐磨性越高而韧性和强度越差的矛盾，大大提高了切削刀具的耐用度、适用性和工作效率。自涂层刀具被应用以来，刀具涂层技术取得了飞快的发展，涂层种类也越来越多。TiC和TiN体系是使用最多的刀具涂层材料。TiC涂层硬度高，但脆性大，不耐冲击，使用温度不能超过500℃。TiN韧性好，使用温度可达到600℃，也是目前工艺最为成熟和应用最为广泛的刀具涂层材料，但硬度低。

发明内容

为了解决上述问题，本发明设计了一种两相复合纳米涂层，以达到提高硬质涂层的硬度和韧性的发明目的。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：

本发明提供了一种两相复合纳米涂层，所述两相分别为金属相和陶瓷相，陶瓷相为纳米结构，金属相包围在陶瓷相纳米周围，形成网络结构；其中陶瓷相为纳米TiC或TiN；所述金属相为Ti、Cu、或Ni；

本发明还提供了制备上述两相复合纳米涂层的方法,采用多靶位、靶材基座能旋转选择工作靶材的溅射设备；

衬底采用单晶硅片；先对衬底进行处理，将衬底分别在丙酮和乙醇中各超声清洗20min，烘干；

将衬底固定于溅射设备的样品架上置于溅射靶前，安装靶材在靶位上，靶材包括金属靶及合金靶，分别安装在靶座的在不同的靶位上；靶基距为16cm；腔体温度加热至300℃，抽真空至4.0×10^-3Pa以下，通入气压为1.0Pa的Ar气，基体偏压-350V，对衬底进行辉光刻蚀25min；

开启高功率脉冲电源，通入Ar气20sccm，保持腔体气压0.35Pa，调整偏压-50--300V，频率为350kHz，旋转靶座，靶座旋转速率为2r/min，使得金属靶及合金靶轮流在溅射位；采用脉冲溅射，脉冲电压700V，脉宽180μs，频率100Hz，靶功率850W；沉积时间为100-150min，膜层厚度800-1000nm。

本发明的有益效果：本发明提供的两相复合纳米涂层，其金属相为软相，包围硬相陶瓷相纳米结构形成网络的微观结构的设计使得本涂层综合涂层致密、具有良好的韧性和硬度的优点，从而达到高硬度、高韧性、高耐磨的涂层优点。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的进一步说明。采用的沉积系统为的腔体尺寸：Φ800×800mm；真空可低于1×10^-5torr；加热温度可达500℃；气体流量0-100sccm；溅射靶基座：：可承载至少2个溅射靶材的转盘，可旋转。

实施例1

衬底采用单晶硅片、玻璃片、钢片；对衬底进行处理，将衬底分别在丙酮和乙醇中各超声清洗20min，烘干；

将衬底固定于溅射设备的样品架上置于溅射靶前，金属靶材为Ti靶，合金靶靶为TiC，靶基距为16cm；腔体温度加热至300℃，抽真空至4.0×10^-3Pa以下，通入气压为1.0Pa的Ar气，基体偏压-350V，对衬底进行辉光刻蚀25min；

开启高功率脉冲电源，通入Ar气20sccm，保持腔体气压0.35Pa，调整偏压-50--300V，频率为350kHz，旋转靶座，靶座旋转速率为2r/min，使得金属靶及合金靶轮流在溅射位；采用脉冲溅射，脉冲电压700V，脉宽180μs，频率100Hz，靶功率850W；沉积时间为100-150min，膜层厚度800-1000nm。Ti金属的质量含量约为18%。

实施例2

衬底采用硅片；对衬底进行处理，将衬底分别在丙酮和乙醇中各超声清洗20min，烘干；