[发明专利]一种梯度涂层材料、其制备方法及应用

权利要求书

1.一种梯度涂层材料，其特征在于，包括依次沉积在硬质合金基底上的粘接层、中间过渡层和顶部耐磨层，所述中间过渡层和所述顶部耐磨层中均含有Ti、N和掺杂元素，所述掺杂元素为硅或硅铝混合物，在所述中间过渡层中所述掺杂元素的含量从底部至顶部逐渐增加，所述顶部耐磨层中掺杂元素的含量大于或等于最顶部的所述中间过渡层中掺杂元素的含量。

2.根据权利要求1所述的梯度涂层材料，其特征在于，所述粘接层选自TiN、CrN、ZrN和VN中的至少一种；优选为TiN涂层；

优选地，所述粘接层的厚度为20nm～200nm，所述中间过渡层的厚度为1μm～6μm，所述顶部耐磨层的厚度为1μm～3μm；

优选地，所述粘接层的厚度为100nm～200nm，所述中间过渡层的厚度为1.5μm～4μm，所述顶部耐磨层的厚度为1μm～2μm；

优选地，在所述中间过渡层的沉积过程中，逐渐增加涂层中掺杂元素的含量，通过每单层沉积时间长短调控单层厚度，控制层间厚度为5nm～20nm；

优选地，所述硬质合金基底为Co含量为8％～12％、WC晶粒度≤0.6μm的亚微晶硬质合金。

3.根据权利要求1或2所述的梯度涂层材料，其特征在于，所述中间过渡层为Si含量逐渐增加的TiSiN涂层，所述顶部耐磨层为TiSiN涂层；

自所述中间过渡层的底部至顶部，Ti原子百分比从45％～60％逐渐减少至30％～50％，Si原子百分比从0％～5％逐渐增加至5％～20％，N的原子百分比保持为40％～50％；

所述顶部耐磨层中，Ti原子百分比为30％～50％，Si原子百分比为5％～20％，N的原子百分比为40％～50％。

4.根据权利要求1或2所述的梯度涂层材料，其特征在于，所述中间过渡层为Si和Al含量均逐渐增加的TiAlSiN涂层，所述顶部耐磨层为TiAlSiN涂层；

自所述中间过渡层的底部至顶部，Ti原子百分比从46～60％逐渐减少至20％～30％，Al原子百分比从0％～2％逐渐增加至10％～30％，Si原子百分比从0％～2％逐渐增加至3％～10％，N的原子百分比保持为40％～50％；

所述顶部耐磨层中，Ti原子百分比为20％～30％，Al原子百分比为10％～30％，Si原子百分比为3％～10％，N的原子百分比为40％～50％。

5.根据权利要求1或2所述的梯度涂层材料，其特征在于，在所述粘接层和所述硬质合金基底之间还设置有缓冲层；

优选地，所述缓冲层为Ti金属层，厚度为10～100nm；更优选为10～20nm。

6.一种权利要求1～5中任一项所述梯度涂层材料的制备方法，其特征在于，包括：在所述硬质合金基底上依次沉积所述粘接层、所述中间过渡层和所述顶部耐磨层。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，制备方法包括：

沉积粘接层：向炉腔内通入氮气，开启Ti靶材，在所述硬质合金基底上沉积所述粘接层；

沉积中间过渡层：继续向炉腔内通入氮气，同时开启Ti靶材和Ti合金靶材，所述Ti靶材的电流保持不变，所述Ti合金靶材的电流逐渐增加；然后保持Ti合金靶材的电流不变，所述Ti靶材的电流逐渐减小；

沉积顶部耐磨层：继续向炉腔内通入氮气，开启Ti合金靶材进行沉积；

其中，所述Ti合金靶材为TiSi合金靶材或TiAlSi合金靶材，所述TiSi合金靶材中Si的原子质量占比为20～25％；所述TiAlSi合金靶材中，Al的原子质量占比为35％～45％，Si的原子质量占比为5％～15％；

优选地，在沉积粘接层之前，将所述硬质合金基底进行前处理以去除表面氧化膜和污染物，然后将所述硬质合金基底固定于炉腔内进行抽真空并对所述硬质合金基底加热至400℃～500℃，之后向炉腔内通入惰性气体，在负偏压的条件下轰击刻蚀基底，并清洁表面。