[发明专利]一种自组装纳米氧氮化物耐高温涂层及其制备方法

摘要

本发明公开一种自组装纳米氧氮化物耐高温涂层的制备方法，采用电弧离子镀和磁控溅射方法，以AlTiN涂层为支撑层，根据靶材不同距离范围内等离子体能量和密度分布不同的现象，通过调整样品转架自转及公转速度，改变样品在不同等离子体区域停留的时间，从而实现涂层中纳米多层的自组装生成。该涂层在AlTiN支撑层的基础上由富氧层和富氮层构成，富氧层和富氮层交替沉积在硬质合金或陶瓷基体上。涂层的总厚度控制在2～10μm，其中AlTiN支撑层控制在1.5～3.5μm，富氧层和富氮层的单层厚度分别控制在2～20nm和5～100nm。该涂层主要应用在刀具产品表面的防护领域。

主权项

1.一种自组装纳米氧氮化物耐高温涂层的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：S1.金属基体清洗：将基体抛光处理，然后先后用丙酮、酒精超声清洗8～18min，再用氮气吹干后装入真空室内；S2.Ar和金属离子轰击：将靶材Cr靶、AlTi靶和AlCr(Si)靶安装进设备，打开加热器升温至250～550℃，将真空室抽真空至真空度1.0～6.0×10‑3Pa；然后通入200～350sccm的Ar气，设置工件支架偏压‑800～‑1000V，对基体表面进行溅射清洗，轰击时间8～18min；再将偏压降至‑500～‑700V，点燃Cr靶，靶材电流65～155A，用高能Cr离子轰击基体2～15min，活化金属基体表面以提高膜‑基结合力；S3.沉积AlTiN支撑层：采用电弧离子镀法，将偏压调至‑100～‑200V，通入200～300sccm的N2气，调节气压至1.0～3.0Pa，点燃AlTi靶，沉积AlTiN过渡层15～40min；S4.沉积纳米多层涂层：通入O2和N2，调节样品转架自转速度和公转速度，控制气压在1.5～3.5Pa，点燃AlCr(Si)靶，靶材电流65～155A，偏压‑65～‑200V，沉积时间0.5～2.5h；S5.关闭电弧电源，待真空室温度降至室温，打开真空室取出基体，在基体表面形成的涂层，即为自组装纳米氧氮化物涂层，所述自组装纳米氧氮化物涂层包括AlTiN支撑层、富氧层CrAl(Si)ON和富氮层CrAl(Si)ON，所述富氧层和富氮层交替沉积在AlTiN支撑层上。