[发明专利]可调控磁场电弧离子镀制备氮基硬质涂层的工艺方法

说明书

本发明的可调控磁场电弧离子镀技术制备氮基硬质涂层的工艺方法，包括以下步骤：基片预处理；基片超声清洗；基片表面刻蚀清洗；沉积氮基硬质涂层：对基片进行电弧离子镀膜，调节电磁场线圈的电源参数以改变电磁场的强度和方向，使弧斑在靶面上以靶材中心为圆心做稳定地缩放运动，均匀地刻蚀靶材；放气取出镀膜后的基片。本发明的工艺及方法，通过调节电磁场线圈的电源参数以改变电磁场的强度和方向，使弧斑在靶面上以靶材中心为圆心做稳定地缩放运动，均匀地刻蚀靶材。利用该方法镀制的单层氮基硬质涂层硬度高、与基体表面结合强度高、摩擦系数低、涂层表面光滑、“大颗粒”数量少且尺寸小且组织均匀致密，该镀制工艺简单易行、成本低。

技术领域

本发明属于物理气相沉积电弧离子镀技术领域，特别涉及一种可调控磁场电弧离子镀技术制备氮基硬质涂层的工艺方法。

背景技术

电弧离子镀沉积的氮基硬质涂层具有高硬度、高耐磨性，膜层与基底之间高的结合强度、良好的化学稳定性；特别是在高温下具有稳定的抗氧化性能使得其在刀具、模具等许多领域得到了广泛地应用。随着金属切削工艺的发展，特别是高速切削、干式切削等新工艺的出现，对于刀具涂层性能提出了更高的要求。

目前，国内在刀具表面镀制的氮基硬质涂层使用较多的仍然是单层涂层，由于基体和涂层之间的热膨胀系数不同，造成涂层与基体结合强度较低，且涂层中的内应力较大。但单层涂层的制备比较简单，而且其重磨修复成本低，因此提高单层涂层性能和适用范围，有利于提高表面改性的效果，提高生产效率。

基于氮基硬质涂层的诸多优点，国内外公司与专家学者做了大量地研究。Chandrashekhar Ambiger等人在碳钢基体上制备AlCrN单层涂层，当在高碳钢(EN-31)沉积厚度达到4±0.2μm时，涂层达到最好的综合性能。涂层硬度达到3252HV，摩擦系数维持在0.24左右，具有良好的膜基结合强度(Materials Science and Metallurgy Engineering，2016，3(1):1-7.)。

专利CN102011091A公开了一种高硬度高弹性模量CrAlN保护涂层及其制备方法。基体上沉积CrAlN涂层，底层是Cr过渡层，外层是CrAlN涂层。该制备方法得到的涂层具有30GPa左右的硬度，且弹性模量达到350GPa以上，同时还具有优良的耐腐蚀能力。该发明采用磁控溅射方法，缺点是离化率和沉积速率较低，同时直流溅射容易产生靶中毒现象，影响镀膜的质量。

专利CN101058869A公开了一种氮离子束辅助电弧离子镀沉积TiAlN膜层新工艺，采用离子源通氮气对工件表面进行轰击清洗并辅助TiAlN膜层沉积。新工艺有效降低了膜层中“大颗粒”的数量和尺寸，能够得到膜厚4μm、显微硬度HV_0.012600、结合力65N、氧化温度达到700℃的TiAlN涂层。该发明在对工件进行轰击时负偏压较高，工件由于边沿效应而温度上升很快，易出现烧边，还会产生变形和热应力。同时离子源需要经常进行维护，降低生产效率，提高生产成本。

由于电弧离子镀自身的特点，在沉积涂层的过程中存在“大颗粒”污染的问题，如果涂层的表面含有大量的“大颗粒”就会严重降低涂层的综合性能。因此，如何解决涂层表面“大颗粒”污染问题，制备出综合性能优异的氮基硬质涂层成为当前应用领域的一个热点。

发明内容

本发明实施例提供一种可调控磁场电弧离子镀制备氮基硬质涂层的工艺方法，制备的单层氮基硬质涂层硬度高、与基体表面结合强度高、摩擦系数低、涂层表面光滑、“大颗粒”数量少且尺寸小且组织均匀致密。

本发明提供一种可调控磁场电弧离子镀技术制备氮基硬质涂层的工艺方法，包括以下步骤：

a、基片预处理：对基片进行抛光处理；

b、基片超声清洗：对抛光后的基片进行超声清洗；

c、基片表面刻蚀清洗：将超声清洗后的基片放入真空室内，抽气至本底真空，开启刻蚀弧电源对基片表面进行刻蚀清洗；