[发明专利]一种提高AlCrSiN/Mo纳米复合涂层韧性与耐磨性的热处理工艺

权利要求书

1.一种提高AlCrSiN/Mo纳米复合涂层韧性与耐磨性的热处理工艺，其特征在于：该工艺是采用真空管式炉对AlCrSiN/Mo纳米复合涂层进行热处理，通过控制不同热处理阶段的升温速率、保温时间及降温速率，提高AlCrSiN/Mo纳米复合涂层的韧性与耐磨性；

所述AlCrSiN/Mo纳米复合涂层是利用HiPIMS/Pulse DC复合磁控溅射系统，在单晶Si片和高温合金基片上沉积AlCrSiN/Mo涂层，涂层制备过程包括如下步骤（a）-（e）：

（a）基体依次在丙酮和乙醇中超声清洗30min，然后用高纯N₂吹干，再固定于真空室内旋转支架上；其中，Cr靶连接到电弧电源，CrMo靶连接到脉冲直流磁控溅射电源，AlCrSi靶连接到高功率脉冲磁控溅射电源；

旋转支架转速设置为2.5 r/min，靶基距分别为AlCrSi靶80 mm、CrMo靶80 mm、Cr靶280mm；镀膜过程工作气体和反应气体分别通入纯度均为99.999%的Ar和N₂；

（b）辉光放电清洗：将本底真空度抽至小于3.0×10^-3 Pa，镀膜室加热至400 ℃，施加-800 V偏压，通入流量为200 sccm的Ar，保持工作压强为1.5 Pa，辉光放电清洗15 min；去除基体表面污染物；

（c）离子轰击：辉光放电清洗后再开启电弧Cr靶进行离子轰击，设定弧源电流90 A，弧源电压20 V~20.3 V，通入Ar流量200 sccm，保持工作压强为5×10^-1 Pa，离子轰击清洗8min，以改善膜基界面结合，提高涂层的结合强度；

（d）沉积CrN过渡层：维持电弧Cr靶参数不变，通入Ar流量为50 sccm，N₂ 流量为200sccm，保持工作压强为8×10^-1 Pa，沉积CrN过渡层15 min，减小涂层与基体间热膨胀系数差异，提高膜/基结合力；

（e）制备AlCrSiN/Mo自润滑薄膜：降低偏压至-150 V，再通入反应气体N₂，流量为50sccm，Ar流量为250 sccm，保持Ar和N₂总流量为300 sccm，调节沉积压强为1.6 Pa，CrMo靶溅射功率为0.4 kW，AlCrSi靶溅射功率为1.2 kW，严格控制沉积时间360 min，制备AlCrSiN/Mo复合薄膜；

所述AlCrSiN/Mo纳米复合涂层的热处理工艺包括如下步骤（1）-（2）：

（1）将带有AlCrSiN/Mo纳米复合涂层的涂层样品固定于陶瓷坩埚中，然后放入管式炉的真空管内，并抽真空使管内真空度小于3×10^-3 Pa；

（2）对涂层样品进行热处理，热处理过程为：首先升温至温度T，T＝550-750℃，再进行保温，保温时间50~80min；然后按照3~6℃/min的降温速率降至室温，取出样品；其中：所述升温过程具体为：首先按照7℃/min的升温速率升温至温度T₁，T₁=（T－90℃）～（T－110℃）；再以10℃/min的升温速率升温至温度T₂，T₂＝（T－20℃）～（T－50℃）；最后以8℃/min的升温速率升温至温度T。

2.根据权利要求1所述的提高AlCrSiN/Mo纳米复合涂层韧性与耐磨性的热处理工艺，其特征在于：所述涂层样品的基体为单晶硅片、高温合金或硬质合金立铣刀。

3.根据权利要求1所述的提高AlCrSiN/Mo纳米复合涂层韧性与耐磨性的热处理工艺，其特征在于：对涂层样品进行热处理后，所述AlCrSiN/Mo纳米复合涂层由AlN纳米晶相、CrN纳米晶相、Mo₂N纳米晶相和Si₃N₄非晶相形成纳米复合结构。

4.根据权利要求1所述的提高AlCrSiN/Mo纳米复合涂层韧性与耐磨性的热处理工艺，其特征在于：按原子百分比计，所述AlCrSiN/Mo纳米复合涂层的化学成分如下：Al 14.75~16.71 at.%，Cr 29.49~33.19 at.%，N 42.22~48.42 at.%，Si 1.91~7.96 at.%，Mo 5.0~6.33 at.%。