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

说明书

本发明公开了一种高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层及其制备，属于复合涂层制备技术领域。所述多层复合涂层是由AlCrSiN层、AlCrN层、AlCrON层和AlCrN层依次循环叠加而成，涂层调制周期为50‑800nm，周期数≥4。该多层复合涂层均为面心立方结构，没有硬度低的六方相生成。本发明制备出的涂层组织结构致密、涂层与基体间的结合力强(与基材结合力大于95N)，具有较高的硬度(大于30GPa)和强度，良好的耐磨损性能。

技术领域

本发明涉及复合涂层制备技术领域，具体涉及一种高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层及其制备。

背景技术

随着低温、低压气相沉积技术的发展，利用磁控溅射、电弧离子镀以及PECVD可在非平衡状态下沉积平衡状态不存在的薄膜，特别是等离子体、离子束等辅助沉积技术的出现，能在更低温度下进行高质量涂层的合成，极大促进了硬质涂层发展。近年来,提高涂层与基体的结合强度、刀具涂层的强度、硬度、韧性、抗氧化、耐高温和耐磨损等性能，能够拓宽涂层刀具在干式切削加工中的应用，满足难加工材料的高速切削要求及现代金属加工需要的速度、进给率、可靠性、耐磨性和良好的切削可控性的条件。涂层真空气相沉积技术的不断更新，刀具涂层已由最初的单层发展到多层复合、梯度涂层、纳米复合结构，最近又新出现了混合式复合结构涂层，由于其卓越的综合性能不但显著增加了涂层刀具的使用寿命，还大大节省加工时间，提高加工效率，改善加工表面质量，促进了加工制造业的迅猛发展。

为研制结构致密、高硬度、高耐磨性的多层复合涂层，本专利采用电弧离子镀膜技术在金属或合金基体上沉积AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层，进一步提高涂层刀具的机械性能、延长使役寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层及其制备，本发明制备的AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层兼具高硬度、高耐磨性和高热稳定性能。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层，该涂层沉积于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50-800nm，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AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层的硬度大于30GPa，与基材结合力大于95N。

所述高硬度AlCrSiN/AlCrN/AlCrON/AlCrN多层复合涂层的制备工艺，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60～100A。

本发明工艺具体包括如下步骤：

(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^-3Pa以下；