[发明专利]一种TiAlSiCN微纳米涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种TiAlSiCN微纳米涂层，包括依次沉积于基体上的Ti打底层、TiC过渡层及TiAlSiCN表层，微纳米涂层的纳米硬度为40～48GPa，本发明提供的TiAlSiCN微纳米涂层硬度高，在切削高硬度钢时，具有很高的使用寿命，从而满足加工的要求，节约生产成本，提高生产效率与经济效益。

技术领域

本发明属于刀具表面改性技术领域，尤其涉及一种TiAlSiCN微纳米涂层及其制备方法。

背景技术

现代的机械制造工业向着高速、干式、绿色的方向发展，对模具、刀具及刃具表面涂层材料提出越来越高的要求，具有“超硬、强韧、耐磨、自润滑、耐腐蚀”特点的物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)纳米涂层成为了近些年来研究的热点之一。随着技术的推进，二元、三元、四元涂层都已经被研发出来，并且对其机理、性能的研究都已经非常普遍。而涉足五元涂层的研究相对较少。但是对加工刃具要求的提高，也必然推动着涂层技术的进步。

目前工业应用的涂层还是以TiC、TiN、TiAlN、TiAlSiN等二元、三元及四元涂层为主。随着需求的增长，传统涂层的不足逐渐暴露出来，通过加入其他元素，比如Si、Al、C，在此基础之上研究出多元系涂层。Si具有细化晶粒的作用，且Si不溶于TiAlN晶包，非晶状态的Si₃N₄相位于TiAlN的晶界处，从而抑制晶粒的生长，进而使得涂层的硬度、耐磨性得到大幅地提高。高温性能优异的Al元素的加入又使得涂层更加耐高温。C元素的加入使得涂层的自润滑性更加优异，涂层间的结合力也有所提高。

但针对目前加工需求的提高，普通刀具及四元普通涂层刀具的硬度、寿命难以满足现代加工的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种TiAlSiCN微纳米涂层及其制备方法，提高了刀具表面的硬度，延长刀具的使用寿命。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种TiAlSiCN微纳米涂层，包括依次沉积于基体上的Ti打底层、TiC过渡层及TiAlSiCN表层，所述微纳米涂层的纳米硬度为40～48GPa。

优选地，所述Ti打底层的厚度为0.1～0.2μm，所述TiC过渡层的厚度为0.5～0.7μm，所述TiAlSiCN表层的厚度为2.1～2.4μm。

优选地，所述基体为金属刀具、硬质合金刀具或陶瓷刀具。

基于相同的发明构思，本发明还提供了一种TiAlSiCN微纳米涂层的制备方法，包括如下步骤：

S1：基体前处理：先采用喷砂设备对基体进行打磨抛光处理，然后将基体放入丙酮溶液中进行超声波清洗，再将清洗完成的基体用酒精擦拭，并烘干；

S2：基体离子刻蚀清洗：将基体放入涂层炉腔内，并将涂层炉腔抽至真空，真空度为0.005～0.008mbar，将基体加热至400～500℃时，向涂层炉腔内通入流量为180～230sccm的氩气，基体负偏压为700～950V，对基体进行离子刻蚀清洗10～20min；

S3：制备Ti打底层：涂层炉腔真空度保持在0.005～0.008mbar，涂层炉腔温度保持在400～500℃时，向涂层炉腔内通入流量为180～230sccm的氩气，通过调整偏压控制Ti靶，于基体上沉积Ti打底层，Ti靶电流为120～150A，基体负偏压为400～500V，沉积时间为3～5min；

S4：制备TiC过渡层：涂层炉腔真空度保持在0.005～0.008mbar，涂层炉腔温度保持在400～500℃，向涂层炉腔内通入流量为180～230sccm的乙炔气体，通过调整偏压控制Ti靶，于经过步骤S3处理过的基体上沉积TiC过渡层，Ti靶电流为120～150A，基体负偏压为100～130V，沉积时间为10～20min；