[发明专利]一种铝合金表面高硬耐磨TiN/TiAlSiN复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种铝合金表面高硬耐磨TiN/TiAlSiN复合涂层，其特征在于，包括铝合金、Ti层、TiN层和TiAlSiN层，所述Ti层镀在铝合金表面作为过渡层，所述TiN层与TiAlSiN层交替沉积在Ti过渡层之上。本发明还公开了一种铝合金表面高硬耐磨TiN/TiAlSiN复合涂层及其制备方法。本发明通过多弧离子镀工艺将Ti单质靶和Ti‑Al‑Si合金靶在铝合金表面沉积以Ti层为过渡层、TiN层和TiAlSiN层交替沉积的复合涂层。本发明获得的铝合金表面高硬耐磨TiN/TiAlSiN复合涂层技术改变了铝合金硬度低、耐磨性差的缺点，使铝合金的硬度和耐磨性明显提升，进一步拓宽铝合金的应用领域。

技术领域

本发明涉及一种铝合金表面高硬耐磨TiN/TiAlSiN复合涂层，尤其涉及一种铝合金表面高硬耐磨TiN/TiAlSiN复合涂层及其制备方法。

背景技术

铝及铝合金密度较小，强度高，导电、导热性优良，塑性和成型性好，无低温脆性，易加工。目前，铝及铝合金材料已广泛地应用于建筑、航空、军事、汽车、航海、医疗等领域中。然而，铝合金有着质软、摩擦系数及磨损率高等缺点，这在很大程度上限制了铝合金的进一步应用。采用表面处理可以在铝合金表面制备出高硬度、耐磨损的涂层，克服铝合金表面性能方面的缺点，扩大应用范围，延长使用寿命。

TiN薄膜是一种具有高硬度、良好抗高温氧化性以及优异的耐磨性等优良性能的硬质氮化物薄膜。将其他合金元素掺杂到TiN中，如Al、Si等形成的多元涂层、多层涂层和纳米技术涂层，在保持TiN单一涂层优异性能的基础上，还具有更高的耐磨性和硬度、更好的抗化学腐蚀性和化学稳定性、膜基结合力更加优越等综合性能，具有很好的应用前景。其中加入Al元素提高了膜层的抗高温氧化性，且TiN溶解大量的Al元素，可以细化晶粒，涂层硬度也随之提高；加入Si元素使得TiN涂层的硬度和耐磨性得到提升。

在众多涂层制备技术当中，多弧离子镀技术制备的涂层具有膜基结合力强、沉积速率高、涂层致密、结合力强和工艺参数易于调节等优点，是制备硬质膜的重要方法。

目前，已发展出多种工艺用于提高铝合金材料的表面性能，如公开号为CN105925946A的发明，公开了一种利用磁控溅射法在铝合金表面制备TiN或CrN的方法，该方法利用等离子增强平衡磁控溅射装置，使用Ti、Cr金属靶，在铝合金表面分别制备含Ti和Cr原子过渡层的TiN和CrN薄膜。该方法制备的薄膜提高了铝合金表面的硬度与耐蚀性，但其耐磨性能改善有限。公开号为CN109321915A的发明，公开了一种耐磨铝合金及其制备方法，该方法采用特殊的自润滑材料，通过激光熔覆工艺，在铝合金表面形成自润滑层，从而提高铝合金的耐磨性。但是，激光熔覆工艺制备的涂层会形成气孔，气孔易成为熔覆层中的裂缝源，另外也直接影响着熔覆层的耐磨性能。由此看来，如何在保留铝合金优良性能的同时，对铝合金的硬度及耐磨性能加以改善，仍是一个技术问题。

发明内容

本发明的目的在于通过表面改性技术，在铝合金表面涂镀耐磨的硬质膜，提供一种铝合金表面高硬耐磨TiN/TiAlSiN复合涂层及其制备方法。通过多弧离子镀工艺，获得TiN/TiAlSiN复合涂层。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

本发明提出的一种铝合金表面高硬耐磨TiN/TiAlSiN复合涂层，包括铝合金、Ti、TiN和TiAlSiN层。其特征在于，包括铝合金、99.99％Ti单质靶和55％Ti-35％Al-10％Si合金靶。所述Ti层作为过渡层预镀在铝合金表面，所述TiN层与TiAlSiN层交替沉积在预镀的Ti过渡层上。本发明通过多弧离子镀工艺在铝合金上沉积Ti过渡层、TiN/TiAlSiN复合涂层。

该硬质膜的总厚度为8.0-12.0μm，其中，所述Ti过渡层厚度为1.0-2.0μm、所述TiN层每层为0.5-1.5μm、所述TiAlSiN层每层为0.5-1.5μm；