[发明专利]一种CrAlSiN梯度复合涂层及其制备方法

说明书

本发明属于合金涂层技术领域，具体涉及一种CrAlSiN梯度复合涂层及其制备方法。采用阴极电弧离子镀工艺对工件涂覆CrAlSiN超硬梯度涂层的步骤依次包括制备Cr打底层、制备CrN粘结层、制备CrAlN过渡层和制备CrAlSiN表层四个阶段，涂层结束后对涂层表面进行抛光处理。通过本工艺制备的Cr/CrN/CrAlN/CrAlSiN超硬梯度涂层有较高的硬度、膜/基结合性能佳、热稳定性好等特点，一般用于航天合金加工、齿轮加工和干式钻削加工等高速切削加工场合，可加工硬度高于HRC55的材料。

技术领域

本发明属于合金涂层技术领域，具体涉及一种CrAlSiN梯度复合涂层及其制备方法。

背景技术

溅射镀膜、离子镀膜和蒸发镀膜一起组成了物理气相沉积PVD(Physical VaporDeposition)。物理气相沉积是指利用物理过程实现物质转移，将原子或分子转移到基材表面上的过程。蒸发镀膜是真空镀膜技术中发展最早的、最广的一种，真空镀膜是在真空的环境中把镀膜材料加热熔化后然后升华，使大量的原子或者分子离开熔体表面，凝结在基体表面形成镀膜。溅射镀膜也是在真空室内，利用氩气分子等在电荷的作用下轰击靶材表面，通过粒子之间的能量传递溅射出靶材原子，并通过磁场的作用使靶材原子沉积在基体表面形成溅射镀膜。阴极电弧离子镀是在真空条件下，利用放电使气体或被蒸发的物质部分离化，采用等离子体电离技术，同时产生许多高能量的中性原子，在气体离子或被蒸发物质离子轰击作用同时把蒸发物质沉积在基体表面。

发明内容

本发明旨在通过物理气相沉积方法，得到一种CrAlSiN梯度复合涂层，包括顺次设置的Cr打底层、CrN粘结层、CrAlN过渡层和CrAlSiN表层；

其中，所述Cr打底层、CrN粘结层、CrAlN过渡层和CrAlSiN表层的厚度分别为0.2-0.4μm、0.2-0.4μm、2.3-2.5μm和1.0-1.4μm；所述CrAlSiN梯度复合涂层的总厚度为4-4.4μm。

本发明提供一种CrAlSiN梯度复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)依次向基体表面沉积Cr打底层、CrN粘结层、CrAlN过渡层和CrAlSiN表层，得到梯度复合材料；

(2)将所述梯度复合材料在真空环境下冷却，抛光，得到CrAlSiN梯度复合涂层。

优选的，所述步骤(1)中，Cr打底层沉积的条件为：Ar的流量为150-200sccm，Cr靶的通电电流为110-130A，偏压电压为-160～-140V，真空度为0.01-0.03mbar，沉积的时间为5-15min。

优选的，所述步骤(1)中，CrN粘结层沉积的条件为：Ar的流量为150-200sccm，N₂的流量为150-200sccm，Cr靶的通电电流为110-130A，偏压电压为-160～-140V，真空度为0.01-0.03mbar，沉积的时间为5-15min。

优选的，所述步骤(1)中，CrAlN过渡层沉积的条件为：N₂的流量为180-220sccm，Cr_0.7Al_0.3靶的通电电流为120-160A，Cr靶的通电电流为110-130A，偏压电压为-140～-100V，真空度为0.01-0.03mbar，沉积的时间为70-90min。

优选的，所述步骤(1)中，CrAlSiN表层沉积的条件为：N₂的流量为180-220sccm，Cr_0.7Al_0.3靶的通电电流为120-160A，Cr_0.8Si_0.2靶的通电电流为120-160A，偏压电压为-100～-60V，真空度为0.04-0.06mbar，沉积的时间为30-50min。

进一步地，所述沉积的温度为420-500℃。