[发明专利]一种高温抗氧化AlTiYN涂层及其制备方法与应用

说明书

本发明属于材料涂层制备技术领域，具体涉及一种高温抗氧化AlTiYN涂层及其制备方法与应用。本发明采用离化率高、涂层致密的多弧离子镀技术制备高温抗氧化AlTiYN涂层，将稀土元素Y引入AlTiYN涂层，有效改善多弧离子镀设备制备涂层过程中颗粒度大的缺点，提升涂层表面光洁度。该AlTiYN涂层硬度高、膜基结合力强、颗粒密度低、韧性好，以优良的综合性能适用于日常生产环境中；此外，Y的加入细化了晶粒，延迟了氧化层的生长，从而比未添加Y元素的AlTiN涂层相比表现更优异的抗氧化性能，这使得涂层适用于更苛刻的应用环境。

技术领域

本发明属于材料涂层制备技术领域，具体涉及一种高温抗氧化AlTiYN涂层及其制备方法与应用。

背景技术

TiAlN涂层因其具有较高的硬度、耐磨性、热稳定性和抗氧化性，因此成为应用最为广泛的工模具硬质涂层之一。但随着主流高速切削和干式切削刀具的发展，它亦逐渐变得难以满足提高刀具综合力学性能的要求，进一步改善高Al含量的TiAlN涂层的综合力学性能及高温氧化性能成为重要的发展方向。

随着主流刀具向着高速切削和干式切削发展，其对涂层的要求也越来越高，TiAlN涂层也开始慢慢变得难以满足提高刀具综合机械性能的要求，高Al含量的TiAlN基涂层仍需进一步的改善与提高。特别是在实际高速切削和干式切削应用中，切削区域的温度通常可达到甚至高于TiAlN涂层的热分解温度(约为1000℃)，从而致使刀具氧化、刀尖软化、刀具瞬间磨损等失效形式的出现。这就迫使进一步改善高Al含量的TiAlN涂层的综合力学性能及高温氧化性能成为重要发展方向。

目前高Al含量的TiAlN涂层主要表现为两个发展方向，第一是涂层结构的调制，通过纳米复合多层涂层的制备来提高涂层的力学性能和高温性能。这种方法对涂层沉积设备的要求较高，要想调制出具有超硬效应的纳米复合涂层，精确控制涂层的调制周期的难度较大；第二是多元合金化的发展，通过添加合金元素并合理控制其含量，来达到提高涂层综合性能的目的。在众多合金化添加元素中，Y元素是最能显著提高TiAlN涂层高温氧化性能的元素之一。通过将Y加入过渡金属氮化物涂层不仅可以提高抗氧化性能，但也获得良好的机械性能。Y的加入，能细化晶粒，减少涂层中孔洞等组织缺陷，使涂层更加致密，提高涂层的硬度、耐磨性以及涂层与基体间结合力，改善高温氧化时产生的Al2O3氧化膜与基体的附着性，有效阻止涂层的进一步氧化，增加涂层的抗高温氧化能力。

发明内容

为了克服现有技术不足和缺点，本发明的首要目的在于提供一种高温抗氧化AlTiYN涂层，该涂层硬度高、膜基结合力强、颗粒密度低、韧性好，可应用于机械零部件、刀具等产品的表面。

本发明的另一目的在于提供上述高温抗氧化AlTiYN涂层的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述高温抗氧化AlTiYN涂层的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种高温抗氧化AlTiYN涂层，包含CrN过渡层和AlTiYN功能层；

所述的高温抗氧化AlTiYN涂层，还包含金属Cr活化层；

所述的CrN过渡层包含Cr元素和N元素，其中，各元素的原子百分比含量为：Cr 55～75at.％，N 25～45at.％；

所述的AlTiYN功能层包含Al元素、Ti元素、Y元素和N元素，其中，各元素的原子百分比含量为：Al 20～35at.％，Ti 10～30at.％，Y 0.5～4at.％，N 30～58at.％；

所述的高温抗氧化AlTiYN涂层的制备方法，是采用多弧离子镀技术，通过改变工艺参数来获取不同成分的涂层，包含如下步骤：

(1)金属基体清洗：将金属基体抛光处理，然后清洗，再用氮气吹干后装入真空室内；