[发明专利]一种氮化铪基涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种氮化铪基涂层及其制备方法和应用，属于涉及涂层材料技术领域。所述氮化铪基涂层的制备步骤包括：先用离子源在氮气气氛下轰击基体表面，再在基体表面沉积纯HfN涂层或HfN复合涂层，得到所述氮化铪基涂层；所述HfN复合涂层为HfN与TiN和/或ZrN复合。本发明通过使用离子源在氮气气氛下轰击基体表面，使其表面氮化从而抑制涂层中HfN与基体中的Co，W，C反应生成η相，提高涂层结合强度，大幅降低了含HfN基涂层在使用时的剥落状况，进而提高其涂层刀具使用寿命，并通过与TiN，ZrN的复合使其获得更加全面的使用性能。

技术领域

本发明涉及涂层材料技术领域，特别涉及一种氮化铪基涂层及其制备方法和应用。

背景技术

氮化铪因为其较好的导热性和较高的硬度，使其成为潜力很大的硬质涂层材料。目前大多数氮化物硬质涂层的研究主要集中在TiN、TaN、NbN、A1N、CrN、ZrN等体系，HfN基硬质涂层材料的研究相对较少，仅少数道了运用PVD，CVD法沉积纯氮化铪硬质涂层，并对其使用性能进行测试，例如teledyne firth sterling公司开发出的氮化铪涂层系列道具，在较低切削速度下(1500～2800mm/s)比TiC涂层刀具使用寿命高出50％以上，这足以证明其巨大的应用潜力。然而HfN在沉积的过程中容易与基体中的Co，W，C反应生成η相，严重削弱了涂层和基体之间的结合力，使其在使用过程中容易剥落，并且HfN在高速切削耐磨性和抗热震性方面略逊于TiN，ZrN。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种氮化铪基涂层及其制备方法和应用。通过使用离子源在氮气气氛下轰击基体表面，使其表面氮化从而抑制涂层中HfN与基体中的Co，W，C反应生成η相，提高涂层结合强度，大幅降低了含HfN基涂层在使用时的剥落状况，进而提高其涂层刀具使用寿命，并通过与TiN，ZrN的复合使其获得更加全面的使用性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明技术方案之一：提供一种氮化铪基涂层的制备方法，包括以下步骤：

先用离子源在氮气气氛下轰击基体表面，再在基体表面沉积纯HfN涂层或HfN复合涂层，得到所述氮化铪基涂层；

所述HfN复合涂层为HfN与TiN和/或ZrN复合。

优选地，所述基体包括高速钢，硬质合金，金属陶瓷，陶瓷和立方氮化硼中的一种或多种复合。

优选地，所述轰击基体的偏压为-1200V，时间为1～2min，轰击时通入的氮气压强为0.2～0.5Pa。

优选地，在基体表面沉积纯HfN涂层或HfN复合涂层的方法包括磁控溅射或阴极电弧离子镀。

优选地，所述磁控溅射或阴极电弧离子镀的靶材成分按质量分数计，包括：Hf10％～100％，其余为Ti和/或Zr。

优选地，所述磁控溅射的具体条件为：载气为氩气和/或氪气，反应气为氮气；其中氩气流量为100～350sccm，氪气流量为60～230sccm，氮气流量为40～130sccm；沉积中基体偏压为-200～500V，辅助阳极电压为-200～400V。

优选地，所述阴极电弧离子镀的具体条件为：氮气总压为0.6～1.1Pa，弧电流为60～70A，弧电压为15～26V，沉积中基体偏压为-100～500V。

本发明技术方案之二：提供一种根据上述氮化铪基涂层的制备方法制得的氮化铪基涂层，所述氮化铪基涂层的厚度为5～30μm。

本发明技术方案之三：提供一种上述氮化铪基涂层在制备切削工具或耐磨零件的烧结体中的应用。

本发明的技术原理如下：