[发明专利]一种AlCrSiN/VSiN纳米多层涂层及其制备方法

摘要

本发明提供了一种AlCrSiN/VSiN纳米多层涂层的制备方法，包括以下步骤：a)在基体表面使用阴极电弧蒸发沉积Al₅₀Cr₅₀N过渡层；b)使用高功率脉冲磁控电源溅射VSi靶，使用直流电弧电源阴极蒸发AlCrSi靶，在Ar气与N₂气的混合气氛中反应沉积AlCrSiN/VSiN纳米多层涂层。本发明通过拟耦合使用电弧离子镀膜技术及高功率脉冲磁控溅射技术，利用纳米多层结构、纳米复合结构阻止V元素高温下的快速外扩散行为、增强涂层高温力学性能及抗高温抗氧化能力、抑制高温下钛与涂层之间的扩散反应，并且通过纳米多层、纳米复合结构与掺杂V元素的协同作用，使得AlCrSiN/VSiN涂层表面兼具抗高温氧化、自润性以及高耐磨特性，从而最终获得具有纳米多层结构、结合力优良且耐高温、自润滑的AlCrSiN/VSiN纳米多层涂层。

主权项

1.一种AlCrSiN/VSiN纳米多层涂层的制备方法，包括以下步骤：a）在基体表面使用阴极电弧蒸发沉积Al₅₀Cr₅₀N过渡层；所述步骤a）具体包括以下步骤：a1）将沉积腔室工作温度加热至300℃~400℃，基体加热至350℃~450℃，并抽取沉积腔室内气体；a2）当腔室真空度为4.0×10^‑3Pa~6.0×10^‑3Pa后，通入气体流量为40sccm~60sccm的Ar气，调节沉积腔室内环境压力为0.5Pa~3.0Pa，将金属Al₅₀Cr₅₀靶材电弧电源功率调节为0.5kW~2kW，工作8min~45min；a3）金属Al₅₀Cr₅₀靶经预蒸发处理后，设定腔体温度为350℃~450℃，基体为380℃~480℃，转动样品台，使基体正对金属Al₅₀Cr₅₀靶，且与靶材的距离为15cm~20cm，调节沉积腔室N₂气压力至0.5Pa~2.5Pa，采用阴极电弧蒸发沉积Al₅₀Cr₅₀N过渡层；b）使用高功率脉冲磁控电源溅射VSi靶，使用直流电弧电源阴极蒸发AlCrSi靶，在Ar气与N₂气的混合气氛中反应沉积AlCrSiN/VSiN纳米多层涂层；所述步骤b）具体包括以下步骤：b1）在Al₅₀Cr₅₀N过渡层沉积完成之后，维持腔体温度为300℃~400℃、基体温度为350℃~450℃，通入N₂气，使得Ar气与N₂气总流量为60sccm~120sccm，N₂气分压比为40%~80%；b2）调节沉积腔室压力至0.4Pa~2.5Pa，同时开启VSi磁控靶及AlCrSi电弧靶，使用高功率脉冲磁控电源溅射VSi靶，使用直流电弧电源阴极蒸发AlCrSi靶，沉积得到AlCrSiN/VSiN纳米多层涂层；步骤b2）中所述沉积的过程中基体转架转速为1rpm~5rpm，控制AlCrSiN调制层厚度为5nm~30nm，VSiN调制层厚度为0nm~30nm；所述沉积的时间为0.5h~4h，基体加载负偏压大小为‑70V~‑110V。