[发明专利]一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层，其特征在于，所述涂层包括依次沉积于搅拌头基材表面的W层，为与基材结合的过渡层、Ti_xW_1-xN层为中间层和Ti_xSi_yW_1-x-yN层为表层：其中，W层成分为单质W；Ti_xW_1-xN层中Ti，原子比为0.5≤x≤0.70；Ti_xSi_yW_1-x-yN层中Ti，原子比为0.70≤x≤0.90，0.05≤y≤0.15。

2.根据权利要求1所述的一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层，其特征在于：所述W层厚度为纳米级20～500nm，Ti_xW_1-xN层厚度为1～2μm，表层厚度为1～2μm；涂层总厚度为2～4μm。

3.根据权利要求2所述的一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层，其特征在于：所述W层为纯W单质涂层，Ti_xSi_yW_1-x-yN层中W含量不少于5at.％。

4.根据权利要求1所述的一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层，其特征在于：所述基材为铸造高速钢或粉末冶金高速钢。

5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层制备方法，其特征在于：包括以下过程：

(1)搅拌头基材前处理，包括溶液清洗和干燥；

(2)搅拌头预处理，涂层沉积前在氩气气氛下对其进行溅射清洗；

(3)采用磁控溅射技术依次沉积W、Ti_xW_1-xN和Ti_xSi_yW_1-x-yN这三种涂层结构；涂层沉积完成后，沉积室抽真空并自然冷却，得到一种搅拌头用多层结构涂层。

6.根据权利要求5所述的一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层制备方法，其特征在于：所述磁控溅射技术中基材偏压为–40～–150V，基材温度为100～250℃，靶材溅射功率为60～200W，基材所在真空腔内通入气体为氩气Ar和氮气N₂，溅射清洗时氩气气压为4×10_–³～8×10_–³Pa；涂层沉积时，单独通入氩气时气压为4×10^–3～8×10^–3Pa；氩气和氮气混合通入时气压为0.2～1.2Pa，气体流量比N₂/Ar为0.10～0.40。

7.根据权利要求6所述的一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层制备方法，其特征在于：所述过程(2)中搅拌头基材预处理的具体实施步骤为：

(1)沉积室内抽真空至气压3.5×10^–4Pa；

(2)通入氩气，保持气压为4×10^–3～8×10^–3Pa，对搅拌头基材溅射清洗10～20min。

8.根据权利要求6所述的一种高速钢搅拌摩擦焊搅拌头用多层涂层制备方法，其特征在于：所述过程(3)中涂层磁控溅射技术的具体实施步骤为：

(1)沉积W层：开启单质W靶材纯度99.99％，通入氩气，保持压力为0.15～0.2Pa，设定基材偏压为–40～–100V，溅射功率为60～100W，沉积时间为2～10min，基材工作温度为100～200℃；

(2)沉积Ti_xW_1-xN层：开启W靶材，开启Ti靶材，通入氩气和氮气，保持压力为0.5～1.0Pa，气体流量比N₂/Ar为0.30～0.40，设定基材偏压为–80～–150V，溅射功率为100～200W，沉积时间为30～140min，基材工作温度为100～200℃；

(3)沉积Ti_xSi_yW_1-x-yN：开启W靶材，开启Ti_xSi_y合金靶材，通入氩气和氮气，保持压力为0.8～1.2Pa，设定基材偏压为–100～–200V，溅射功率为100～200W，沉积时间20～120min，基材工作温度为150～250℃；

涂层沉积完成后，沉积室抽真空并自然冷却，最终获得一种搅拌头用多层结构涂层。