[发明专利]高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层及其制备

权利要求书

1.一种高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层，其特征在于：该多层复合涂层沉积于304不锈钢片或硬质合金基体上，所述AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层是由AlCrSiN层、AlCrN层、AlCrON层和AlCrN层依次循环叠加而成，涂层调制周期为50-800 nm，周期数≥4；

所述AlCrSiN层、AlCrN层、AlCrON层和AlCrN层的调制比为3：1：1：1，沉积涂层总厚度控制为3μm；

所述AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层，由面心立方结构的纳米晶镶嵌于非晶层中形成纳米复合结构，没有低硬度的六方相生成，涂层沿(Cr,Al)N的(110)晶面和(200)晶面择优生长；

所述多层复合涂层的制备是采用电弧离子镀膜技术先在基体上沉积CrN过渡层，再在CrN过渡层上依次往复沉积AlCrSiN层、AlCrN层、AlCrON层和AlCrN层，从而获得所述AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层；该工艺中，靶材选择纯金属Cr靶、AlCr合金靶和AlCrSi合金靶，靶材纯度均为99.9wt. %；沉积各层时，弧流均设置为60~100 A。

2.根据权利要求1所述的高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层，其特征在于：所述AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层的硬度大于30GPa，与基材结合力大于95 N。

3.根据权利要求1所述的高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层的制备方法，其特征在于：该工艺包括如下步骤：

（1）将预处理后的基体放入镀膜室中央转架上，真空室气压控制为3.0×10^-3 Pa以下；

（2）先对基体进行辉光放电清洗，然后在基体表面沉积一层厚度100~300 nm的CrN过渡层以提高工作层与基体之间的结合力；

（3）沉积多层复合涂层：最先开启AlCrSi合金靶，通入氩气和氮气，沉积AlCrSiN层；然后仅开启AlCr靶，通入氩气和氮气，沉积AlCrN层；再通入氧气，沉积AlCrON层；最后关闭氧气阀，只通入氩气和氮气，沉积AlCrN层；

（4）多次重复步骤（3）的过程，根据所需涂层的总厚度设置涂层的不同调制周期和沉积时间，获得所述AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层。

4.根据权利要求3所述的高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，所述辉光放电清洗的过程为：将炉腔加热至400 ~ 500 ℃，通入氩气300 ~ 500 sccm，设置脉冲偏压-600~-1000 V，对基体进行辉光放电清洗；所述离子轰击清洗过程为：辉光放电清洗后，开启Cr靶，调整氩气流量为50~150 sccm，依次在-800V、-600V、-400V和-200V脉冲负偏压条件下各清洗2 min。

5.根据权利要求3所述的高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤（2）中沉积CrN过渡层的过程为：辉光放电和离子轰击清洗后，设置脉冲偏压为-60~-100 V，占空比60%~90%，开启Cr靶，通入氩气流量为50 sccm，氮气流量为200sccm，将沉积压强调节至0.5~1.2 Pa，沉积10~30 min的CrN过渡层。

6.根据权利要求3所述的高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤（3）中沉积AlCrSiN层时，设置脉冲偏压-70~-120 V，占空比60%~90%，通入氩气和氮气使沉积压强调节至0.8~1.3 Pa；沉积AlCrN层时，设置脉冲偏压-80~-100V，占空比60%~90%，通入氩气和氮气使沉积压强调节至1.5~3 Pa；沉积AlCrON层时，设置脉冲偏压-80~-100 V，占空比60%~90%，通入氩气、氧气和氮气使沉积压强调节至2~3 Pa。

7.根据权利要求3所述的高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤（3）中沉积AlCrSiN涂层和AlCrN涂层时，通入氩气的流量为50 sccm，通入氮气的流量为600 sccm，总流量650 sccm；沉积AlCrON涂层时，通入氩气的流量为50sccm，通入氮气的流量为600 sccm，通入氧气的流量为20 sccm，总流量670 sccm。