[发明专利]化学气相沉积TiSiBN纳米复合涂层

说明书

一种化学气相沉积TiSiBN纳米复合涂层，包括基体和化学气相沉积(CVD)方法制备的涂层，涂层设置在基体的至少一部分外表面上，涂层包括至少一层在基体表面依次沉积的第一功能层Ti_1‑xSi_xN(0.05≤x≤0.15)和第二功能层Ti_1‑aSi_aB_bN_1‑b(0.03≤a≤0.1,0.05≤b≤0.20)，且第一功能层和第二功能层之间形成共格生长界面，第二功能层具有非晶Si₃N₄和BN包覆TiN纳米晶结构，且TiN纳米晶尺寸为10‑20nm。本发明的纳米复合涂层具有高结合强度、高耐磨性、优异的高温抗氧化性和自润滑性。

技术领域

本发明涉及一种耐磨涂层，具体涉及一种高硬度、抗高温氧化自润滑的TiSiBN纳米复合涂层，应用于切削刀具、模具等承受磨损、冲击等零件的保护性涂层，属于材料表面改性技术领域。

背景技术

近年来，汽车、造船、模具、机床、风力发电、高铁和航空航天等军民两用零部件和成套装备制造技术得到了飞速发展，由于制造业追求高速、高效、绿色环保，对切削刀具的要求也越来越高，促进了切削刀具行业的高质量发展。随着现代高速高效加工的发展和对提高产品质量的要求，传统硬质合金刀具已难以满足现代加工的需求，逐渐被涂层硬质合金刀具取代，涂层成为提高刀具性能的关键技术。

在硬质合金刀具基体表面制备硬质涂层，可显著提升刀具的使用寿命。而在硬质合金基体表面制备化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，简称CVD)涂层通常具有比物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，简称PVD)涂层更高的结合强度。TiSiN纳米复合涂层由晶粒尺寸小于100nm的TiN和非晶相组成，具有高的硬度和良好的抗氧化性能，从而在切削领域表现出优越的性能，适合于不锈钢、钛合金、镍基高温合金等材料的切削。PVD方法制备的TiSiN涂层，具有较高硬度的同时往往存在较大的应力，导致涂层易在刀具锋利刃口处剥落，因此难于制备较厚的涂层。在TiSiN涂层基础上掺杂B元素制备出TiSiBN涂层，提高涂层硬度的同时可有效降低涂层的摩擦系数，有利于加工高硬度、高黏性的金属材料(如镍基高温合金)，但采用PVD方法制备TiSiBN涂层与制备TiSiN类似，易在刀具锋利刃口处剥落，难于制备厚涂层。

为了克服现有技术的缺点，本发明一方面通过在基体表面沉积结合层提高基体与涂层之间的结合强度，另一方面通过使第一功能层Ti_1-xSi_xN(0.05≤x≤0.15)和第二功能层Ti_1-aSi_aB_bN_1-b(0.03≤a≤0.1,0.05≤b≤0.20)之间形成共格生长界面来提高涂层之间的结合力，第二功能层具有非晶Si₃N₄和BN包覆TiN纳米晶结构，且TiN纳米晶尺寸为10-20nm，涂层硬度不低于35GPa，使得纳米复合涂层同时具有优异的高温抗氧化性、高的耐磨性和良好的自润滑性能，从而延长刀具的使用寿命。

发明内容

为解决现有技术中存在的不足，本发明的一个目的在于提供高结合力、高抗氧化性、高耐磨性、良好自润滑性的硬质耐磨涂层。

本发明的另一个目的在于提供上述纳米复合涂层。

为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：