[发明专利]一种AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层的制备工艺

说明书

本发明公开了一种AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层的制备工艺，属于复合涂层制备技术领域。该工艺采用电弧离子镀膜技术在基体上沉积AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层。靶材选取金属Cr靶、AlCrSi靶、AlTiSi靶。先沉积CrN过渡层，再通入氮气作为反应气体，制备AlCrTiSiN工作层。最后通入一定时间氧气，制备AlCrTiSiON表面氧化防护层。本发明涉及的多层复合涂层制备工艺简单，并且容易工业化生产。制备出的涂层具有良好的耐热性能，适用于高速切削，提高加工效率。

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AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层的制备工艺。

背景技术

随着工业的发展，高速钢、灰铸铁等高强度、高硬度材料的应用日益广泛，传统的涂层刀具越来越难满足高速切削、干切削等工艺要求。在实际加工过程中，上述材料中大量的碳化物硬质颗粒将参与切削过程，与刀具发生磨粒磨损，极大地降低了涂层刀具的耐磨性能和抗高温氧化能力。高熵合金涂层AlCrTiSiN相比于市面上常见的AlCrN、AlTiN等涂层，其硬度、强度、韧性及抗高温氧化性均得到大幅提升，适于在高速切削、干切削条件下加工使用，这得益于加入Si元素，在涂层内部形成Si₃N₄非晶相，起到细晶强化作用，且(Al,Cr,Ti)N纳米晶粒镶嵌于非晶Si₃N₄层中形成纳米复合结构，极大提高涂层的力学及摩擦学性能。在切削加工时，涂层表面易生成致密的(Al,Cr)₂O₃保护膜，具有良好的隔热效果，可提高涂层刀具使用寿命。

为进一步提高涂层的抗高温氧化性能，对涂层表面进行预氧化处理，制备表面高温防护层，结合内部高硬度、高韧性的工作层，可使涂层刀具适用于超高速切削，能大幅度降低切削温度，显著提高涂层刀具使用寿命。本专利采用电弧离子镀膜技术在金属或硬质合金基体表面沉积AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层，此涂层可有效隔离刀具和工件，具有良好的热屏障和化学屏障作用，从而提高涂层刀具的加工效率和使役寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层的制备工艺，所制备的AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层兼具高硬度、高耐磨性及高耐热能力。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层的制备工艺，该工艺是采用电弧离子镀膜技术在基体表面沉积AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层，靶材选择纯金属Cr靶、AlCrSi合金靶和AlTiSi合金靶；沉积AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层时，先开启Cr靶，进行离子轰击清洗及过渡层制备。随后共同开启AlCrSi靶和AlTiSi靶，沉积AlCrTiSiN层，最后通入一定量氧气制备AlCrTiSiON表面防护涂层，分别控制镀膜时的沉积压强、气体流量以及各个靶的弧流参数，制备AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层。

本发明在沉积AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层时，弧流均设置为60～100A；开启AlCrSi靶和AlTiSi靶沉积AlCrTiSiN涂层时，设置基体偏压为-80～-120V(占空比60％～90％)，通入氩气和氮气调节沉积压强至1.5～3.0Pa；沉积AlCrTiSiON涂层时，氧气通入时间为5～15min；控制AlCrTiSiN/AlCrTiSiON多层复合涂层总镀膜时间为3h，设置不同靶材开启时间及气体通入时间。

当沉积AlCrTiSiN涂层时，通入氩气的流量为50sccm，通入氮气的流量为600sccm，总流量650sccm；沉积AlCrTiSiON涂层时，通入氩气流量为50sccm，通入氮气流量为600sccm，通入氧气流量为20sccm，总流量670sccm。

该工艺具体包括如下步骤：