[发明专利]一种高硬高强耐磨化合物涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高硬高强耐磨化合物涂层及其制备方法，属于陶瓷化合物涂层制备领域。本方法采用机械混料、高温烧结和感应加热挤压成型相结合的工艺，制备出具有FCC、HCP1和HCP2三相结构的Al_xCe_yCoCrNiO_pTb_qTiY_mZr(0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤1；0.1≤p≤0.5；0.1≤q≤1；0.1≤m≤1；0.01x/(x+y+m+p+q+5)0.25；0.01y/(x+y+m+p+q+5)0.20；0.01p/(x+y+m+p+q+5)0.10；0.01q/(x+y+m+p+q+5)0.20；0.01m/(x+y+m+p+q+5)0.20)化合物靶材；然后在喷砂处理后的工件表面进行沉积镀膜并原位生成梯度涂层，所制备的(Al_xCe_yCoCrNiO_pTb_qTiY_mZr)N涂层硬度高，可显著提高工件的耐磨性能和使用寿命，且绿色环保，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于陶瓷化合物涂层制备领域，具体涉及一种高硬高强耐磨化合物涂层及其制备方法。

背景技术

材料涂层可有效改善基体的磨损与耐蚀性能，还能有效提升材料的使用性能和寿命。如常见的机械工用的切削刀具，被誉为工业牙齿，涂层刀具则可是为牙齿的保护层，在加工过程中不仅可避免刀具基体材料与被加工工件的直接接触，还能有效保护刀具基体。随着切削加工应用范围的不断拓展，对刀具的性能要求也越来越高。现在的刀具涂层不仅能提高刀具基体的硬度和耐磨性，还能提升刀具的热稳定性、抗氧化性、化学稳定性等特殊性能。物理气相沉积(PVD)技术因沉积温度低、不超过主流刀具基体材料高速钢的回火温度，且因PVD涂层具有高硬度、高耐磨、低摩擦系数和化学稳定性良好的优点，被广泛应用在刀具涂层领域。传统PVD涂层如TiN涂层因与基体性能差异大，易于造成涂层剥落而失效；在此基础上发展的三元涂层(如：TiAlN涂层)，虽然其力学、抗氧化、耐摩擦与切削性能得到改善，但在一些特殊条件下其性能仍未尽人意。PVD涂层性能与其所使用的靶材成分和结构密切相关，进而还会影响到涂层性能，如成分调制的纳米多层复合结构不尽能结合不同合金组元的优势，还能协调涂层结构间的性能，使其产生协同效应，既能显著提高使用性能，还能有效拓展其应用范围。多元化合物涂层是由多种元素构成，其晶体结构与其构成元素间的晶体结构均不相同，而是形成一种具有特定多种组元构成的全新晶体结构。因其元素种类多，易于降低在不同种类基体与涂层界面处的错配度，使其具有较高的结合力；同时多元化合物内部元素分布可根据在基体-涂层界面处的原子分布情况依据非均匀衬底的有效性可进行原位生成和长大自调节的梯度涂层，进而降低涂层内部的缺陷。同时，根据生产的实际需求，可针对长期大批量处理的工件进行化合物涂层成分和结构设计，设计一种具有全新化学成分和晶体结构的化合物涂层靶材，进而有针对性的大幅改善涂层工件的使用性能和延长使用寿命。结合化合物靶材的制备工艺，可使化合物因细晶强化、固溶强化和弥散强化使其硬度和耐磨性显著提高，进而使化合物涂层性能得到更大的发挥。根据化合物的相关理论，制备出全新晶体结构的化合物靶材不仅能制备出全新的化合物涂层，还能显著提高其使用性能和寿命，极大的促进了化合物涂层的应用范围。因此，通过设计和制备一种高硬高强耐磨化合物靶材进而在工件表面制备高性能化合物涂层具有广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高硬高强耐磨化合物(Al_xCe_yCoCrNiO_pTb_qTiY_mZr)N涂层及其制备方法。