[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

说明书

本发明公开了一种提高AlCrSiN/Mo纳米复合涂层韧性与耐磨性的热处理工艺，属于涂层技术领域。该工艺采用真空管式炉对由高功率脉冲磁控溅射结合脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术沉积的AlCrSiN/Mo复合涂层进行加热处理。加热之前，将真空度抽至3×10^‑3Pa以下，按照预先的温度设定，对涂层进行相应的加热处理并获得所述热处理后的AlCrSiN/Mo纳米复合涂层。本发明涉及的复合涂层处理工艺简单，并且容易工业化生产。本发明制备的AlCrSiN/Mo复合涂层具有良好的韧性及润滑性能，可以显著增强基体的抗磨损能力，具有较好的化学稳定性。

技术领域

本发明涉及涂层技术领域，具体涉及一种提高AlCrSiN/Mo纳米复合涂层韧性与耐磨性的热处理工艺。

背景技术

PVD技术是改善材料表面性能的有效方法之一，在工业应用尤其是在切削加工中发挥着重要作用。CrN作为一种硬质保护涂层得到广泛应用，随着切削速度及切削温度不断提高，CrN涂层刀具逐渐表现出硬度较低、抗氧化性差、结合力差等缺点，刀具会因表面高温氧化及严重的磨损而很快地失效。向CrN涂层中加入Al可以形成AlCrN涂层，在进行切削加工时，在刀具的表面会形成一层致密的(Al,Cr)₂O₃混合氧化层，防止内部涂层及刀具基体进一步被氧化，提高了涂层刀具的抗磨损性能及耐热能力，显著提升切削及成型工具的加工效率，延长服役寿命，在市场上得到广泛应用。

随着机械加工行业的快速发展，对加工效率、加工精度要求越来越高，尤其对淬火钢、钛合金等难切削材料的加工需求急剧增加，不断对刀具涂层的切削性能提出苛刻要求。AlCrN涂层在高温下易氧化变脆，通过掺杂合金元素制备AlCrXN涂层(X为Si、Zr、Nb、Ta及Hf等)，可进一步改善涂层的耐热能力和力学性能。例如向AlCrN涂层中掺杂Si元素，制备的AlCrSiN涂层展现出良好的力学性能及抗氧化能力，加入Si元素后易生成非晶相SiNx，形成纳米复合结构，起细晶强化作用。此外加入Si元素，还具有抗高温氧化作用，一方面界面相Si₃N₄可减缓纳米晶分解，另一方面非晶化合物Si₃N₄在高温下会氧化形成SiO₂，可阻挡氧元素在高温下的扩散。此外，纳米晶硬度较高，非晶相塑性好，两相界面内聚能高，晶体相和非晶相在热力学上呈分离趋势；细小的纳米晶内无法形成位错，晶粒间的薄非晶层能有效阻挡晶界滑移，大量的两相界面增加了微裂纹扩展阻力。故这种结构涂层具有高硬度、高韧性、优异的耐磨性能和高温热稳定性，适合用于高速切削、干加工等工况。大量研究表明第六副族Mo元素可显著改善摩擦学性能，由于Mo易氧化生成低剪切模量的MoO₃，在进行切削加工时充当固体润滑相，有利于降低刀具与工件和刀具与切屑之间的摩擦力。

相关研究表明温度升高能够加剧涂层内原子扩散，促进非晶向纳米晶转变，进而强化涂层，通过优化热处理温度有望进一步提高涂层的综合性能。因此，本发明采用真空管式炉对高功率脉冲磁控溅射与脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术制备的AlCrSiN/Mo纳米复合涂层进行真空热处理，以改善涂层的相结构及致密度，提高涂层的耐磨性能、抗氧化能力和切削性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高AlCrSiN/Mo纳米复合涂层韧性与耐磨性的热处理工艺，经热处理后的AlCrSiN/Mo纳米复合涂层的H/E及H³/E*²值较高，可以显著增强基体材料的耐磨性能，且具有良好的韧性和化学稳定性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种提高AlCrSiN/Mo纳米复合涂层韧性与耐磨性的热处理工艺，该工艺是采用真空管式炉对沉积有AlCrSiN/Mo纳米复合涂层的涂层样品进行热处理，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。

该热处理工艺包括如下步骤：