[发明专利]PVD用高强高耐磨多主元合金涂层材料及其制备方法

说明书

PVD用高强高耐磨多主元合金涂层材料及其制备方法，属于金属材料及其制备领域。多主元合金的化学式为CoCrCuFeMnNb_xY_yZr_z，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤0.4；0.1≤z≤1.3；0.01<x/(x+y+z+5)<0.25；0.01<y/(x+y+z+5)<0.10；0.01<z/(x+y+z+5)<0.25；其制备方法包括：按化学式分别称取各种原料置于球磨罐中，加入不锈钢球，在保护气体环境下将放有原料球磨罐密封；置于行星式球磨机上混料；将混料后的粉末在保护气氛环境下装入石墨模具，放电等离子烧结得多主元合金材料；加工成所需的标准靶材尺寸，放入靶材座上；被镀膜工件放入样品架上，抽真空；充入高纯氩气，加热，清洗，镀膜，冷却，取出样品。本发明方法制备的多主元合金材料成分与原料配比成分一致；靶材制备过程升降温快、加热效率高；涂层均匀完整，易于操作，适用性强，可用于规模化生产。

技术领域

本发明涉及金属材料及其制备领域，具体涉及PVD用高强高耐磨多主元合金涂层材料及其制备方法。

背景技术

刀具表面涂层材料通常具有：高硬度、高耐磨、化学稳定性好、抗高温氧化、与基体结合强度高等特点。目前广泛使用的刀具涂层材料主要有过渡金属的碳化物(如：TiC)、氮化物(如：TiN)、部分共价键的化合物(如：金刚石)和离子键化合物(如：Al2O3)。随着刀具涂层材料和涂层技术的快速发展，涂层材料经历了简单二元涂层、三元或四元固溶体涂层、更多元固溶体涂层或多层结构涂层、纳米结构复合涂层方向发展。多主元合金突破传统合金设计理念，以至少5种以上合金元素、每种元素含量不高于35at％，且具有简单固溶体结构(如：BCC、FCC、HCP等)和纳米结构或非晶质结构析出(铸态或完全回火态)，同时还展现了高硬度、高耐磨性、抗回火软化、耐腐蚀等优点，综合了刀具涂层材料多元化和纳米化的特点。涂层材料多元化可改善刀具综合性能，如：加入Cr和Y提高抗氧化性，加入Zr、V、B、Hf提高耐磨性，加入Si提高硬度和抗化学扩散等。涂层纳米化主要指纳米多层涂层和纳米复合涂层。物理气相沉积技术(Physical Vapor Deposition，PVD)是在真空条件下，通过高温蒸发、溅射、电子束、等离子体、离子束、激光束、电弧等能量，靶材中的原子通过等离子体作用在基体表面形核长大的过程，可分为镀料气化、气相输运和沉积成膜三个工艺步骤。PVD镀膜可以在较低温度下进行，且对基体材料限制较少，对环境无不利影响，符合现代绿色制造的发展方向，是目前在工业上应用最为普遍的沉积方法。因此，开发和设计PVD用高强高耐磨多主元合金涂层材料具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供PVD用高强高耐磨多主元合金涂层材料及其制备方法。本发明CoCrCuFeMnNb_xY_yZr_z多主元合金靶材制备过程升降温快、加热效率高，靶材致密度高、孔隙率低；所制备的多主元合金涂层均匀完整，强度高、耐磨性能好。

本发明提出的PVD用高强高耐磨多主元合金涂层材料，其特征在于多主元合金的化学式为CoCrCuFeMnNb_xY_yZr_z，其中0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤0.4；0.1≤z≤1.3；0.01<x/(x+y+z+5)<0.25；0.01<y/(x+y+z+5)<0.10；0.01<z/(x+y+z+5)<0.25；

所述的高强高耐磨多主元合金涂层材料的制备方法，步骤如下：

(1)按化学式CoCrCuFeMnNb_xY_yZr_z化学计量比分别称取各种纯金属粉末和氧化钇。

(2)将称量好的原料置于球磨罐中，加入不锈钢球，然后在保护气体环境下将放有原料的球磨罐密封起来。

(3)将上述密封好的球磨罐置于行星式球磨机上进行混料。