[发明专利]一种纳米多层AlTiN/AlTiVCuN涂层及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种纳米多层AlTiN/AlTiVCuN涂层，其特征在于：该涂层由下到上包括衬底基体、Cr轰击植入层、CrN过渡层以及纳米多层AlTiN/AlTiVCuN涂层；纳米多层AlTiN/AlTiVCuN涂层是由调制比为2:1的AlTiN中间层与AlTiVCuN中间层交替沉积而成，调制周期为0.5～2nm；纳米多层AlTiN/AlTiVCuN涂层中各元素的原子百分比含量：Al 25～27at.％，Ti 11～13at.％，V 5～6at.％，Cu 1～2at.％，N 53～55at.％。

2.根据权利要求1所述的一种纳米多层AlTiN/AlTiVCuN涂层，其特征在于：所述CrN过渡层厚度为100～200nm，纳米多层AlTiN/AlTiVCuN涂层厚度为1.0～2.0μm。

3.根据权利要求1所述的一种纳米多层AlTiN/AlTiVCuN涂层，其特征在于：所述衬底基体为硬质合金或高速钢刀具基体。

4.根据权利要求1所述的一种纳米多层AlTiN/AlTiVCuN涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)将经预处理后的衬底基体固定在镀膜腔室内的工件转架上，使基体正对靶材表面，靶基距50～150cm，调节工件转架自转速度1～4rpm，公转速度1～4rpm，打开加热器升温至100～300℃，预抽本底真空至3.0～5.0×10^-3Pa；

(2)打开Ar气流量阀，调节气压1.0～2.0Pa，开启直流脉冲偏压电源，调节基体偏压至-800～-1000V，占空比40％～80％，频率40～80kHz，对腔体进行辉光溅射清洗10～30min；

(3)降低基体偏压至-600～-800V，调节Ar气压至0.5～1.0Pa，打开Cr电弧靶，调节靶电流60～120A，以Cr离子高能轰击基体1～3min，得到Cr轰击植入层，形成伪冶金界面结合，提高膜基结合力；

(4)降低基体偏压至-50～-250V，关闭Ar、打开N₂气流量阀，调节气压至0.5～1.0Pa，沉积3～6min，得到CrN过渡层，以降低涂层的残余内应力，提高韧性；

(5)关闭Cr电弧靶，打开Ar、N₂气流量阀，调节Ar/N₂流量比1:1～5:1，调节总气压至0.5～1.0Pa，基体偏压-50～-250V，调节阳极层离子源功率至0.5～3.0kW，同时打开双极脉冲磁控溅射的合金靶AlTi和拼接靶Al-Ti-V-Cu，调节靶功率1.0～3.0kW，频率40～80kHz，占空比25％～70％，沉积300～600min，通过转盘公转在CrN过渡层上交替沉积AlTiN中间层与AlTiVCuN中间层形成纳米多层AlTiN/AlTiVCuN涂层；

(6)沉积结束后，关闭离子源电源和靶电源以及偏压电源，关闭Ar和N₂气流量阀，待腔室温度降至室温后即可开炉门取出样品，完成镀膜。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(5)所述合金靶AlTi的原子比为67:33；所述拼接靶Al-Ti-V-Cu由合金靶Al67Ti33、纯V靶和纯Cu靶通过几何形状拼接而成的平面靶。

6.根据权利要求1所述的一种纳米多层AlTiN/AlTiVCuN涂层在刀具切削和表面防护涂层领域中的应用。