[发明专利]一种具有超高硬度的多元纳米复合结构涂层及其制备方法

说明书

本发明公开的一种具有超高硬度的多元纳米复合结构涂层及其制备方法，包括以下步骤：第一步，首先将Substrate材料依次在粗、细氮化硼上进行打磨，打磨至Substrate上没有划痕，然后在抛光布上进行抛光处理，第二步，接着将Substrate放入超声波清洗机，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水分别进行超声波清洗。本发明所述的一种具有超高硬度的多元纳米复合结构涂层及其制备方法，通过在TiAlN与AlTiN薄膜系列中分别添加Si元素制备而成的多元纳米复合超硬强韧涂层材料可以使切削刀具基体保持原有较高的强度与与韧性，而镀在刀具表面的涂层可提供超硬、强韧与耐磨的特性，赋予加工刀具具备高硬度、耐高温等特性，从而大大提升切削刀具于加工过程中的耐用度和适应性。

技术领域

本发明涉及多元纳米复合结构涂层领域，特别涉及一种具有超高硬度的多元纳米复合结构涂层及其制备方法。

背景技术

国内PVD涂层技术的研发工作始于20世纪80年代初，最初使用空心阴极离子镀膜机涂镀的TiN涂层被用于高速钢刀具。20世纪90年代，人们通过多元素组合涂层、多层涂层来提高和改善TiN涂层在刀具上性能的不足。依据涂层的发展过程将涂层分为三代：第一代涂层为单层均质涂层，如TiN和TiC；第二代为三元复合涂层，例如Ti(C，N)和(Ti，Al)N和Ti(B，N)；第三代涂层为多元复合涂层和多层涂层TiC/TiN、Ti(C，N)/TiN。然而，现有的涂层材料的硬度、耐摩擦磨损性能较差，并且随着目前材料服役环境的愈发恶劣，传统的层涂已逐渐不能满足恶劣服役条件的要求。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种具有超高硬度的多元纳米复合结构涂层及其制备方法，用于指导多元纳米复合结构涂层的制备方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种具有超高硬度的多元纳米复合结构涂层的制备方法，包括以下步骤：

第一步，首先将Substrate材料依次在粗、细氮化硼上进行打磨，打磨至Substrate上没有划痕，然后在抛光布上进行抛光处理；

第二步，接着将Substrate放入超声波清洗机，依次用丙酮、无水乙醇和去离子水分别进行超声波清洗；

第三步，而后将清洗后的Substrate放置到真空室中，并将真空室的真空抽至6乘以10的负三次方Pa后，开启烘烤加热电源，对腔体进行加热处理；

第四步，在加热达到一定的温度后，通入氨气，并将真空度调节至2到3Pa之间，开启公转，然后接通工件偏压电源对Substrate进行轰击净化；

第五步，再接着向内部添加进Si元素并通入氩气和高纯氮气，再设置真空度为0.8到1.6Pa，并开启TiSiN多弧靶，施加脉冲偏压，在Substrate的表面上制得TiAlSiN涂层，然后将真空度调至3乘以10的负一次方Pa，将工件偏压调至500V；

第六步，最后将真空室内的温度冷却至室温，并将Substrate出炉。

优选的，所述最后将真空室内的温度冷却至室温，并将Substrate出炉。

优选的，所述步骤一中的Substrate的表面层为Cr过镀层，在Cr过渡层上通过电弧离子镀的方式沉积AlTiN层和TiSiN层使其形成纳米复合AlTiSiN涂层，所述Cr过渡层的上层为AlTiN过渡底层，所述AlTiN过渡底层的上层为TiAlSiN涂层，所述Substrate为金属或硬质合金。

优选的，所述AlTiSiN纳米复合结构涂层中的Si含量将控制在5到10at.％之间。

优选的，所述AlTiN层和TiSiN层双靶复合沉积涂层中Ti与Si的比例为85atom％：16atom％。

优选的，所述TiSiN层的厚度为2.6nm，所述AlTiN层的厚度为9.0nm。