[发明专利]TiAl/TiAlN/TiZrAlN复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种TiAl/TiAlN/TiZrAlN复合涂层及其制备方法，方法包括：选用两个Ti/Al原子比为50/50的钛铝合金靶和两个Ti/Zr原子比为45/55的钛锆合金靶；将金属基体置于工件架上；对镀膜室进行预烘烤工艺；对金属基体进行预轰击清洗工艺；在金属基体上镀TiAl层；在TiAl层上镀TiAlN层；在TiAlN层上镀TiZrAlN层。本发明获得的TiAl/TiAlN/TiZrAlN复合涂层能够达到超硬性，同时也保证了高附着力和高热震性的同时实现，减小了膜层内应力，并具有良好的稳定性。

技术领域

本发明涉及TiAl/TiAlN/TiZrAlN复合涂层及其制备方法。

背景技术

现有的复合涂层存在一些缺陷，如涂层与基体之间的附着力差，在使用时易导致涂层边缘残余热应力过大，从而导致涂层出现裂纹、剥落等现象；而且不同涂层与基体之间材料特性变化过渡大，容易进一步导致应力集中，硬度不够，稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是提供一种TiAl/TiAlN/TiZrAlN超硬复合涂层的制备方法，该方法保证了膜层能够达到超硬性，同时也保证了高附着力和高热震性的同时实现，减小了膜层内应力，并具有良好的稳定性。

本发明提供了一种制备TiAl/TiAlN/TiZrAlN复合涂层的方法，包括：选用两个Ti/Al原子比为50/50的钛铝合金靶和两个Ti/Zr原子比为45/55的钛锆合金靶；将待镀膜的金属基体置于镀膜室的工件架上；对所述镀膜室进行预烘烤工艺；对金属基体进行预轰击清洗工艺；在所述金属基体上镀TiAl层，起弧时间为第一时间；在所述TiAl层上镀TiAlN层，起弧时间为第二时间；在所述TiAlN层上镀TiZrAlN层，起弧时间为第三时间；其中，所述第一时间、所述第二时间和所述第三时间的比值为1:3:6。

在上述方法中，其中，两个Ti/Al原子比为50/50的钛铝合金靶在所述镀膜室中呈90度配置，两个Ti/Zr原子比为45/55的钛锆合金靶在所述镀膜室中呈90度配置。

在上述方法中，其中，所述金属基体为高速钢或者硬质合金，并且在将待镀膜的金属基体置于镀膜室的工件架上之前，对所述金属基体进行去污、抛光、超声清洗和干燥处理。

在上述方法中，其中，所述金属基体的待镀膜表面与钛铝合金靶和钛锆合金靶的表面的距离均在25-30cm。

在上述方法中，其中，对所述镀膜室进行预烘烤工艺包括：在所述镀膜室的真空度达到3×10^-2帕时，启动烘烤电流，所述镀膜室的温度达到200℃所用的时间不低于20分钟。

在上述方法中，其中，对各个合金靶进行预轰击清洗工艺包括：当所述镀膜室的背底真空度达到8.0×10^-3帕、预烘烤温度达到200℃时充入氩气，使所述镀膜室的压强达到2.2×10^-1帕～2.8×10^-1帕，开启各个合金靶弧源，保持弧电流稳定在55～60安培之间，进行离子轰击15分钟，轰击偏压从350伏逐渐增加到400伏。

在上述方法中，其中，在所述金属基体上镀TiAl层包括：将所述镀膜室内的氩气压强保持在2.2×10^-1帕～2.8×10^-1帕，两个钛铝合金靶的弧电流均置于55～60安培之间，所述金属基体的负偏压设置为-220伏，所述第一时间不超过10分钟。

在上述方法中，其中，在所述TiAl层上镀TiAlN层包括：调节氩气压强为0，使氮气压强达到2.6×10^-1帕～2.8×10^-1帕，两个钛铝合金靶的弧电流均置于55～60安培之间，所述金属基体的负偏压设置为-200伏。