[发明专利]一种低温反应溅射沉积纳米α-Al2

说明书

本发明属于金属氧化物涂层技术领域，公开了一种低温反应溅射沉积纳米α‑Al₂O₃涂层的方法。将Al粉及α‑Al₂O₃粉用粉末冶金的方法制成复合材料，切割成设备所需的尺寸后作为沉积靶材和工件基体分别安装在射频磁控溅射的靶工位和沉积腔室样品台上，排除沉积腔室残留的水蒸汽后抽至本底真空，然后注入Ar+O₂混合气体进行预氧化处理；调整Ar+O₂混合气中的O₂分压至15％～25％范围，并调整工件基体温度至550～750℃范围，启动射频磁控溅射镀膜系统，开始反应沉积得到所述纳米α‑Al₂O₃涂层。本发明所得涂层为纳米晶结构涂层，韧性好，与基体结合牢固，涂层在相对较低的温度下具有稳定的α相结构。

技术领域

本发明属于金属氧化物涂层技术领域，具体涉及一种低温反应溅射沉积纳米α-Al₂O₃涂层的方法。

背景技术

机械加工业向高速化、自动化、精密化方向快速发展，对加工用的刀具提出了越来越高的要求。当今高精度机床上所用的切削刀具中90％以上是涂层刀具，刀具涂层材料大多为过渡族金属的碳化物(如高速钢、硬质合金等)及氮化物(如氮化钛、碳氮化钛等)，虽然硬度很高，但在高速加工中，刀具与工件间因摩擦而产生的高温可达700～1000℃，刀刃上的碳、氮涂层易氧化，并向被加工材料扩散，造成刀具涂层中的碳、氮元素向加工件转移，降低刀具涂层硬度的同时，提高被加工材料的硬度，使刀具与被加工件摩擦系数升高，摩擦力增大，显著增加机床动力消耗并使加工点温度迅速升高，形成恶性循环并很快与被加工件发生焊合和粘结而失效。刀具很快磨损，并造成加工精度差，成本高，加工效率低等一系列问题。α-Al₂O₃涂层是阻止高温下碳、氮等元素向被加工工件扩散的理想选择。用传统的化学气相沉积(CVD)法沉积α-Al₂O₃涂层，沉积温度高达约1000℃，高温冷却时形成的巨大热应力显著降低膜/基结合力；涂层晶粒粗大，脆性大，尾气的后续处理也增加了涂层沉积成本等问题。物理气相沉积(PVD)法虽能低温沉积氧化铝涂层，但以非晶、γ-Al₂O₃等一系列的亚稳相为主，在高温时发生一系列的晶形转变直至最后形成稳定的α-Al₂O₃，期间伴随着巨大的体积变化并导致薄膜开裂。目前用PVD法难以在高速钢和硬质合金等基体表面低温反应沉积出单相α-Al₂O₃涂层。

发明内容

为了解决以上现有技术的缺限和不足，本发明的首要目的在于提供一种低温反应溅射沉积纳米α-Al₂O₃涂层的方法。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的纳米α-Al₂O₃涂层。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种低温反应溅射沉积纳米α-Al₂O₃涂层的方法，包括如下步骤：

(1)将Al粉与α-Al₂O₃粉按α-Al₂O₃粉的含量为15～25wt.％进行混合后压制、烧结，制成Al/α-Al₂O₃复合材料；

(2)将Al/α-Al₂O₃复合材料切割成设备所需靶材尺寸，并安装在射频磁控溅射相对应的工作靶位；

(3)将工件基体进行预处理，然后置于射频磁控溅射沉积腔室的样品台上，调整好靶材与工件基体的间距；