[发明专利]兼具高硬度和高韧性Zr-B-N纳米复合涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种兼具高硬度和高韧性Zr-B-N纳米复合涂层，其特征在于：所述Zr-B-N纳米复合涂层制备于金属、合金或陶瓷材料基体上，所述Zr-B-N纳米复合涂层与基体之间沉积有CrN过渡层；其中，所述Zr-B-N纳米复合涂层包括非晶BN相和ZrB₂晶相，其中：N元素以非晶BN相存在，ZrB₂相沿(001)晶面择优生长；涂层中的非晶BN相与ZrB₂纳米晶界面可有效阻挡微裂纹的萌生与拓展，提高涂层韧性；

所述Zr-B-N纳米复合涂层是利用脉冲直流磁控溅射技术在基体上沉积而成，具体包括如下步骤：

（1）利用电弧离子镀技术蒸发金属Cr靶，对基体表面进行离子轰击清洗；

（2）通入高纯Ar、N₂和H₂的混合气体，沉积CrN过渡层，沉积CrN过渡层的过程为：将偏压调至-150V，真空室内通入高纯Ar、N₂和H₂的混合气体，保持气体流量比(N₂+H₂)/(Ar+N₂+H₂)=4/5，控制工作压强为9.0×10^-1Pa，沉积CrN过渡层10min，之后关闭Cr靶电源；

（3）在高纯Ar、N₂和H₂的混合气氛中，利用脉冲直流磁控溅射技术溅射 ZrB₂靶，反应沉积Zr-B-N纳米复合涂层；沉积Zr-B-N涂层的过程为：真空室内通入高纯Ar、N₂和H₂的混合气体，保持气体流量比(N₂+H₂)/(Ar+N₂+H₂)=1/11，工作压强调至6.0×10^-1Pa，开启脉冲直流磁控溅射电源，控制ZrB₂靶起辉，输出功率0.8kW，靶电流为2.5~2.8A，占空比为50%，基体偏压保持为-150V，开始正对靶材沉积Zr-B-N涂层；沉积时间根据涂层厚度要求而定。

2.根据权利要求1所述的Zr-B-N纳米复合涂层，其特征在于：所述Zr-B-N纳米复合涂层与基体间的临界载荷大于41N，涂层硬度大于41GPa，涂层平均摩擦系数小于0.69，涂层的磨损率小于1.2×10^-14m³/N·m。

3.根据权利要求1所述的Zr-B-N纳米复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤（1）离子轰击清洗前，先进行辉光放电清洗，具体过程如下：将真空室的本底真空抽至3.0×10^-3Pa或以下，然后通入高纯氩气并加载-800V直流偏压对基体表面进行辉光放电清洗，工作压强保持在1.5Pa，辉光放电清洗时间15min。

4.根据权利要求1所述的Zr-B-N纳米复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述离子轰击清洗过程为：向真空室内通入氩气流量100sccm，工作压强保持在6.0×10^-1Pa，开启电弧离子镀电源，调节平均输出电流至90A，控制金属Cr靶起弧，输出电压为18~25V，偏压仍保持在-800V，进行离子轰击清洗8min。

5.根据权利要求1所述的Zr-B-N纳米复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤（2）沉积CrN过渡层过程中，靶基距保持在280mm，沉积温度400℃；步骤（3）沉积Zr-B-N涂层过程中，靶基距为75mm，沉积温度400℃。

6.根据权利要求1所述的Zr-B-N纳米复合涂层的制备方法，其特征在于：步骤（2）和步骤（3）沉积涂层过程中，真空室内N₂与H₂的气体体积比为9:1。