[发明专利]一种氮化钛铝型超硬涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种氮化钛铝型超硬涂层及其制备方法，超硬涂层包括氮化钛铝层和沉积于氮化钛铝层上的功能层，所述功能层中钨的含量为8‑12at％，硅的含量为8‑12at％。制备方法是依次通过基体预处理：真空加热处理：离子轰击：沉积和冷却后得到。本发明制备的超硬涂层，可广泛应用于铣刀、钻头、车刀片等高硬加工行业，能有效提高刀具的使用寿命，提升产品表面光洁度。

技术领域

本发明涉及金属涂层制备技术领域，尤其涉及一种氮化钛铝型超硬涂层及其制备方法。

背景技术

当今航空制造业、汽车制造业和3C电子工业不断发展，机械加工不断地向高精化、高速化、高效化方向迈进，小径铣刀、钻头等精密加工刀具应运而生。但是现有的刀具刚性较差，因此，可通过物理气相沉积技术(PVD)在刀具表面沉积一层或多层综合性能优良的硬质涂层，用以提高刀具的使用寿命。

多弧离子镀是一种设有多个可同时蒸发的阴极弧蒸发源的真空物理沉积技术，具有沉积速度快、膜层组织致密、附着力强、均匀性好等显著特点。氮化钛铝是一种具有较高硬度、较高耐磨性的膜层材料，其硬度和耐磨性均明显高于传统的氮化钛(TiN)膜层。

传统涂层只能加工HRC40以下材料，硬度相对较低，对于有更高硬度加工要求的行业，无法满足使用需求。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中存在的技术问题。为此，本发明提供一种氮化钛铝型超硬涂层及其制备方法，目的是提高涂层硬度和耐磨性，进而有效提高基体的使用寿命。

基于上述目的，本发明提供了一种氮化钛铝型超硬涂层，包括氮化钛铝层和沉积于氮化钛铝层上的功能层，所述功能层中钨的含量为8-12at％，硅的含量为8-12at％。

所述功能层中钨的含量为10at％，硅的含量为10at％。

所述功能层为含有钨和硅的氮氧化合物和/或氮化物。

本发明还提供所述氮化钛铝型超硬涂层的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、基体预处理：将基体预处理后放入真空室准备镀膜；

步骤二、真空加热处理：镀膜室背底真空达到10^-4Pa时开始加热，升温速度为6-8℃/min；

步骤三、离子轰击：当温度达到200℃时通入氩气，使镀膜室真空度达到5×10^-1Pa，开启弧源，进行离子轰击；

步骤四、沉积：向镀膜室内通入氮气，使混合气体总压强保持在1.5×10^-1Pa，钛铝合金靶的弧电流置于55-60A，基体偏压为150-200V，沉积80-120min；之后加热温度至280℃，开启钛硅靶的弧电流置于60-65A以及钨靶的弧电流置于30-40A，基体偏压为150-200V，沉积60-120min；

步骤五、沉积结束后，开启炉体循环冷却系统冷却，待基体冷却后取出。

所述步骤一中基体预处理是将基体依次在丙酮、无水乙醇中超声清洗10-20min，然后热风吹干。

所述步骤二中先通过机械泵和分子泵将镀膜室抽至真空度为5×10^-4Pa，然后将红外加热管的温度设置为600℃，加热时间设置为30min，加热后再将镀膜室真空度抽至5×10^-4Pa，接着将红外加热管的温度设置为550℃，加热时间设置为30min，再次加热后将腔室抽至真空度为5×10^-4Pa，充分去除镀膜室易挥发杂质。

所述步骤三中轰击偏压保持300V进行轰击5min，轰击偏压保持350V进行轰击5min。

所述步骤四中钛铝合金靶、钛硅靶及钨靶的电源均为直流电源，氮气的流量为10-40sccm，氩气的流量为50-60sccm。