[发明专利]涂层及其制备方法和器具

说明书

本发明公开了一种涂层及其制备方法和器具，包括用于与基底接触的第一涂层以及层叠在第一涂层之上的第二涂层，其中，第一涂层的组分以原子数量百分比含量计包括47％～53％的Cr以及47％～53％的N；第二涂层的组分以原子数量百分比含量计包括25％～40％的Cr、4％～15％的Si、1％～10％的Ni以及45％～55％的N，涂层中作为主要支撑的第二涂层，非晶α‑Si₃N₄相能够阻碍位错的滑动及晶粒的相对滑移，并有效阻挡氧元素向涂层内部扩散，金属Ni相可以吸收塑性变形功和断裂功，双层涂层间纳米结构的复合，使涂层保证硬度较高以及断裂韧性较好的同时，也具有优异的抗高温氧化性、高温稳定性以及高温耐磨性。

技术领域

本发明涉及金属合金材料领域，特别是涉及一种涂层及其制备方法和器具。

背景技术

刀具切削加工技术的发展对刀具的材料和性能提出了更高的要求，干式、高速以及高精度切削已成为刀具切削发展的重要方向。传统方法通过在刀具表面沉积硬质涂层成为改善和提高刀具切削性能的重要途径。CrN镀膜作为常用的硬质涂层具有高硬度、抗氧化性以及耐腐蚀等特性。而利用电弧离子镀制备的CrN膜内应力低、韧性好以及耐磨性好的同时，还具有精细晶粒结构、结合力强、化学稳定性高以及700℃以下良好的热稳定性。虽然CrN膜不但可作为耐磨涂层和切削工具的表面强化，而且在表面防腐和装饰等许多工业领域也有重要用途，但是CrN的使用温度一般在900℃左右，刀具在干式高速切削会带来刀具表面温度达到950℃甚至1000℃以上，限制了该涂层刀具的使用。

发明内容

基于此，有必要提供一种在保证较好韧性以及硬度的同时还具有良好的抗高温氧化性、高温稳定性以及高温耐磨性的涂层及其制备方法和器具。

本发明提供一种涂层，包括用于与基底接触的第一涂层以及层叠在所述第一涂层之上的第二涂层，所述第二涂层包括非晶α-Si₃N₄相、CrN相与金属Ni相，所述非晶α-Si₃N₄相与金属Ni相包裹所述CrN相；其中，

所述第一涂层的组分以原子数量百分比含量计包括47％～53％的Cr以及47％～53％的N；

所述第二涂层的组分以原子数量百分比含量计包括25％～40％的Cr、4％～15％的Si、1％～10％的Ni以及45％～55％的N。

在其中一个实施例中，所述第一涂层的厚度为0.2μm～1μm。

在其中一个实施例中，所述第二涂层的厚度为1.5μm～10μm。

本发明还进一步提供一种如上述的涂层的制备方法，包括以下步骤：

S10：按照所述第一涂层的组分配制原料，在所述基底上制备第一涂层；

S20：按照所述第二涂层的组分配制原料，在所述第一涂层的表面上制备第二涂层，其中，所述第二涂层包括非晶α-Si₃N₄相、CrN相与金属Ni相，所述非晶α-Si₃N₄相与金属Ni相包裹所述CrN相。

在其中一个实施例中，制备第一涂层的方法与制备第二涂层的方法各自独立地选自电弧离子镀和磁控溅射中的至少一种。

在其中一个实施例中，在步骤S10中，包括在氮气气氛下，调整气压在0.8Pa～8.0Pa，基底偏压为-20V～-300V，对Cr靶材进行电弧离子镀，靶材电流为80A～250A，利用制备所述第一涂层。

在其中一个实施例中，在步骤S20中，包括在氮气气氛下，调整气压在1.5Pa～6.0Pa，基体偏压为-20～-200V，对CrSiNi靶材进行电弧离子镀靶材电流为80A～200A，制备所述第二涂层。