[发明专利]沉积在基体表面的多层涂层系统及其制备方法

说明书

本发明提供沉积在基体表面的多层涂层系统及其制备方法，包括多层涂层，所述多层涂层由第一涂层和第二涂层彼此交替沉积而成；所述第一涂层是具有(200)晶面择优取向生长的面心立方结构的钛铝氮化物(c‑Ti_1‑xAl_xN)，所述第二涂层是具有(200)晶面择优取向生长的面心立方结构的钛铌氮化物(c‑Ti_1‑aNb_aN)，且所述第一涂层与所述第二涂层之间形成共格生长界面。本发明的目的在于提供一种具有c‑Ti_1‑aNb_aN/c‑Ti_1‑aNb_aN的多层涂层系统及其制备方法，该涂层系统具有更高的硬度、耐磨性、抗粘性，以及更强的高温抗氧化性能和结合强度。

技术领域

本发明属于表面防护涂层技术领域，尤其涉及沉积在基体表面的多层涂层系统及其制备方法。

背景技术

纯铁硬度低，塑韧性高，变形大，断屑难，容易粘屑，加工表面粗糙，加工性较差。奥氏体不锈钢虽然强度和硬度不高，但加工硬化严重，导热系数低，塑、韧性好，不易断屑，切削性能较差。镍基高温合金的难加工特性主要表现为切削力大、切削温度高、导热性差、材料高温硬度高及材料中金属化合物和硬质点较多等问题。由于纯铁、奥氏体不锈钢、镍基高温合金等材料加工时，断屑难、容易粘屑、加工硬化严重，切削热集中在刀尖，不易散热，因此，切削产生的高温等使刀具发生严重的扩散磨损、氧化磨损和粘结磨损。

PVD方法制备的面心立方结构钛铝氮化物涂层具有高的硬度和抗氧化性，作为切削刀具涂层广泛应用于铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢、钛合金、镍基高温合金、有色金属等材料的切削加工。PVD方法制备的NbN涂层，切削纯铁、奥氏体不锈钢、镍基高温合金时具有良好的抗粘性，但NbN涂层通常具有较高的硬度和较大的残余应力，直接沉积在c-Ti_1-xAl_xN涂层表面时往往结合强度较低，容易剥落。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有c-Ti_1-aNb_aN/c-Ti_1-aNb_aN的多层涂层系统及其制备方法，该涂层系统具有更高的硬度、耐磨性、抗粘性，以及更强的高温抗氧化性能和结合强度。

本申请方案提供沉积在基体表面的多层涂层系统，包括：多层涂层，所述多层涂层由第一涂层和第二涂层彼此交替沉积而成；所述第一涂层是具有(200)晶面择优取向生长的面心立方结构的钛铝氮化物(c-Ti_1-xAl_xN)，所述第二涂层是具有(200)晶面择优取向生长的面心立方结构的钛铌氮化物(c-Ti_1-aNb_aN)，且所述第一涂层与所述第二涂层之间形成共格生长界面。

进一步地，所述第一涂层c-Ti_1-xAl_xN中，x为Al元素的原子百分比，Al元素与Ti元素的原子百分比总和等于1，x的取值范围是0x≤0.65；所述第一涂层的X射线衍射峰面积比为R₁，1.0≤R₁≤5.0，R₁＝I_c-TiAlN(200)/(I_c-TiAlN(200)+I_c-TiAlN(111))，式中I_c-TiAlN(200)和I_c-TiAlN(111)分别是从利用Cu-K_α辐射对于c-Ti_1-xAl_xN(200)和c-Ti_1-xAl_xN(111)衍射峰获得的θ-2θ扫描的准Voigt峰形拟合结果中提取的X射线衍射峰面积。