[发明专利]一种刃具用AlCrFeMnNi高熵合金氮化物薄膜涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种刃具用AlCrFeMnNi高熵合金氮化物薄膜涂层的制备方法，先对基体进行打磨抛光处理，用丙酮超声清洗、吹干；再将基体放入上述磁控溅射机真空腔室内抽真空，编程设置靶电流、基本偏压和氩气流量参数后，通过直流磁控溅射工艺沉积薄膜涂层，通过上述制备方法可以有效避免常规刃具不必要的磨损和消耗，使刃具性能达到最大化，降低刃具成本的同时提高刃具的使用寿命。

技术领域

本发明属于无机材料技术领域，涉及高熵合金涂层技术，具体涉及一种刃具用AlCrFeMnNi高熵合金氮化物薄膜涂层的制备方法，用于刃具上能够有效改善刃具的强度、硬度和耐摩擦性。

背景技术

近十年来，传统合金已经相当全面的研究，但目前有关高熵合金的研究还处于探索性阶段，虽然专家学者对高熵合金的元素组成和含量、制备工艺及组织性能等进行大量研究，但尚未形成较成熟的理论。传统刃具材料一般是各种硬质合金，传统刃具性能的提高普遍在于改变刃具自身材料，但现在满足高标准高要求的刃具材料不适于普及应用，也暂时没有合适的替代品，目前国内刃具在性能上远低于进口的高精端刀具。中国专利CN201711014188.5A在FeCoCrNiMn高熵合金的基础上，添加少量的N元素，通过熔炼法制备含氮FeCoCrNiMn高熵合金，并通过冷轧和退火，在保持高塑性的前提下，明显提高合金的强度。由于氮化物薄膜镀制在刃具上结合力不足，以至于形成元素组成的高熵合金如A1TiFeNiCuCr、AlCrMnMoNiZr涂层氮化物薄膜容易脱落。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种刃具用AlCrFeMnNi高熵合金氮化物薄膜涂层的制备方法，通过直流磁控溅射工艺在刃具表面形成高熵合金氮化物薄膜涂层，有效避免常规刃具不必要的磨损和消耗，使刃具性能达到最大化，降低刃具成本的同时提高刃具的使用寿命。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

一种刃具用AlCrFeMnNi高熵合金氮化物薄膜涂层的制备方法，具体地，包括以下步骤：

(1)基体预处理：对基体进行打磨抛光处理，用丙酮超声清洗5～10min，风向与所述基体表面成一定角度吹干；

(2)制备薄膜涂层：准备AlCrFeMnNi等原子比高熵合金靶，在高纯氩气和高纯氮气气氛下，将磁控溅射机炉内清理干净并预热，再将步骤(1)预处理后的基体放入上述磁控溅射机真空腔室内，抽真空至2×10^-5torr，编程设置靶电流、基本偏压和氩气流量参数后，通过直流磁控溅射工艺先对所述基体和靶材进行反溅清洗30min，再在上述基体表面沉积薄膜涂层，随炉冷却，即得。

在一些优选的实施方式中，对基体进行打磨抛光、超声清洗后，采用风向与所述基体表面成45°角吹干，主要是为防止酒精吹干后留下痕迹，影响薄膜质量，同时尽量使用热风吹干，热风吹干较快，避免杂质吸附在基体表面。

优选的，步骤(1)中，所述的基体为直径25mm、厚度6mm的GCr15钢圆块。

优选的，步骤(2)中，所述磁控溅射机为由真空系统、电源系统、控制系统和冷却系统组成的闭合场非平衡磁控溅射离子镀系统。

更优选的，步骤(2)中，所述控制系统包括位于所述AlCrFeMnNi等原子比高熵合金靶周围且对称分布的若干个磁控管。

优选的，步骤(2)中，所述靶电流为1～2A，基本偏压为-400V，和氩气流量为20sccm，氩气流量通过气瓶流量调整和磁控溅射仪能够持续不断的稳定提供。

优选的，步骤(2)中，所述氩气的纯度为99.99％。

优选的，步骤(2)中，所述氮气的纯度为99.99％。

本发明的第二方面，一种刃具用AlCrFeMnNi高熵合金氮化物薄膜涂层由上述AlCrFeMnNi高熵合金氮化物薄膜涂层的制备方法制得。