[发明专利]一种TiAlTaN/WS自润滑复合涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种TiAlTaN/WS自润滑复合涂层，其特征在于，所述涂层包括Ti金属层，TiAlTaN层，TiAlTaN/WS复合层；所述Ti金属层覆于基体表面，所述TiAlTaN层覆于Ti金属层表面，所述TiAlTaN/WS复合层覆于TiAlTaN层表面，所述TiAlTaN/WS复合层主体为TiAlTaN连续层，若干WS以柱状形式均匀嵌入TiAlTaN连续层中；

所述WS柱的直径尺寸为25μm～100μm。

2.权利要求1所述的TiAlTaN/WS自润滑复合涂层的制备方法，其特征在于，所述方法在磁控溅射装置中进行，包括下述工艺步骤，采用Ti靶材在基体上沉积制备Ti金属层；通入N₂，采用TiAl合金靶和Ta靶沉积制备TiAlTaN层；采用WS靶在掩膜板上沉积制备WS柱，去除掩膜板后进行TiAlTaN沉积，形成TiAlTaN/WS复合涂层，通过改变掩膜板中孔径的直径尺寸，制备不同直径WS的TiAlTaN/WS复合涂层。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括下述工艺步骤：

①基体经预处理后，使用磁控溅射装置进行沉积；

②采用纯度为99.99％的Ti靶材，沉积制得Ti金属层；所述沉积条件为真空室的真空度优于3×10^-3Pa，基片温度为300℃～500℃，负偏压为50V～150V，占空比为20％～80％；

③采用纯度为99.9％的TiAl合金靶材与99.95％的Ta靶，共同沉积制得TiAlTaN层，沉积条件为调至真空度优于3×10^-3Pa，通入高纯N₂，基片温度为300℃～500℃，负偏压为50V～150V，占空比为20％～80％；

④关闭N₂，调整Ar气压强为0.8Pa，采用纯度为99.95％的WS靶材，在掩膜板上沉积得WS柱，基片温度为50℃，占空比为20％～80％，负偏压为50V～150V，通过对掩膜板孔径尺寸的更改调整WS柱的直径；去除掩膜板，重复步骤③的操作后得TiAlTaN/WS复合层，降温冷却。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述TiAl合金靶材成分按原子质量比，钛为50at.％，铝为50at.％。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述掩膜板的孔间距为500μm，孔径为25μm～100μm。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基体的预处理是将基体进行抛光处理、超声清洗，用Ar气去除表面残留液体；所述抛光处理是用金刚石砂轮片逐级打磨，用粒度为2.5μm的金刚石抛光膏将基体抛光至镜面状态，用丙酮和酒精分别对抛光后的基体进行超声处理15min和10min。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述Ti金属层，TiAlTaN层，TiAlTaN/WS复合层根据所需厚度选择沉积时间。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述Ti金属层沉积时间为5m in，所述TiAlTa N层沉积时间为60min，所述TiAlTaN/WS复合层中WS沉积时间为150min，所述TiAlTaN/WS复合层中TiAlTaN层沉积时间为60min。

9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤④中降温冷却为随炉降温至80℃以下，取出基体，冷却至常温。