本发明专利技术公开了一种WBN硬质纳米结构薄膜及其制备方法，其特征在于该薄膜是利用双靶共焦射频反应溅射法沉积在硬质合金或陶瓷基体上，薄膜分子式为（W,B）N，厚度在1-3um。沉积时,真空度优于3.0×10-3Pa,以氩气起弧，氮气为反应气体，氩氮流量比10:（6-15），溅射气压0.3Pa，W靶溅射功率80-200W，B靶溅射功率0-150W。该方法生产效率高，所得薄膜兼具高硬度和优异的摩擦性能，可作为高速、干式切削的纳米结构硬质薄膜。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种WBN硬质纳米结构薄膜及其制备方法，其特征在于该薄膜是利用双靶共焦射频反应溅射法沉积在硬质合金或陶瓷基体上，薄膜分子式为（W,B）N，厚度在1-3um。沉积时,真空度优于3.0×10-3Pa,以氩气起弧，氮气为反应气体，氩氮流量比10:（6-15），溅射气压0.3Pa，W靶溅射功率80-200W，B靶溅射功率0-150W。该方法生产效率高，所得薄膜兼具高硬度和优异的摩擦性能，可作为高速、干式切削的纳米结构硬质薄膜。【专利说明】WBN硬质纳米结构薄膜及制备方法
本专利技术涉及一种涂层及其制备方法，特别是一种WBN硬质纳米结构薄膜及制备方法，属于陶瓷涂层
。
技术介绍
现代加工技术的发展，对刀具涂层提出了诸如“高速高温”、“高精度”、“高可靠性” “长寿命”等更高的服役要求，除了要求涂层具有普通切削刀具涂层应有的高硬度、优异的高温抗氧化性能外，更需要涂层具有优良的摩擦磨损性能。然而，现有的刀具涂层虽然都具有较高硬度，但它们的摩擦磨损性能都不理想，难以满足如高速、干式切削等苛刻的服役条件。氮化钨因具有高熔点、高硬度、化学性质稳定、低摩擦系数及优良的抗磨损性能而受到研究者关注。近年来不少学者研究了 WTiN、WSiN、WCN[等体系的力学性能和摩擦磨损性能，发现添加第三种元素后，力学性能及摩擦磨损性能均得到改善，但在200°C~400°C之间仍存在较高的摩擦系数。因此，与当代加工制造业所要求的理想高硬度耐磨损涂层相比，此类硬质涂层的摩擦磨损性能仍有不足。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有WN系硬质纳米结构复合膜及多层膜摩擦磨损性能不理想的缺点，提供一种WBN硬质纳米结构薄膜，具有较高生产效率，兼具高硬度和优异的摩擦磨损性能，可作为高速、干式切削的纳米结构硬质薄膜。 本专利技术的另一个目的是提供一种WBN硬质纳米结构薄膜的制备方法。本专利技术是通过以下技术方案实验的:一种WBN硬质纳米结构薄膜，采用双靶共焦射频反应溅射法在硬质合金或陶瓷基体上制备得到，薄膜分子式为(W，B)N，厚度在l-3um，当W靶功率为120W，B靶功率大于40W时，薄膜中形成了非晶BN。一种WBN硬质纳米结构薄膜的制备方法，是利用双靶共焦射频反应法在硬质合金或陶瓷基体上沉积WBN硬质纳米结构薄膜，沉积时，真空度优于3.0X 10_3Pa，以氩气起弧，氮气为反应气体进行沉积，溅射气压0.3Pa、氩氮流量比10:(6-15)，1靶溅射功率80-200评，B靶溅射功率为0-150W。当W靶溅射功率120W，B靶溅射功率0-100W，较佳为40-80W，更佳60-80W，最佳为80W，当B靶功率为80W时，薄膜的硬度高达36.15GPa，干切削实验下，摩擦系数和磨损率为0.35和2.2X 1(TW.N^imT1。前述的WBN硬质纳米结构薄膜的制备方法，其特征在于，在基体上预先沉积CrN作为过渡层，Cr靶溅射功率为80-150W。本专利技术的WBN硬质纳米结构薄膜是采用高纯W靶和B靶共焦射频反应溅射，沉积在硬质合金或陶瓷基体上制备得到的，薄膜厚度在l_3um，溅射反应过程中，B靶功率在0W-150W之间，当B靶功率为80W时，薄膜的硬度高达36.15GPa，干切削实验下，摩擦系数和磨损率为0.35和2.2 X l(T8mm3.fmm1，这种硬质涂层综合具备了高硬度，高耐磨性的优良特点。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术实施例所得WBN复合膜的傅里叶红外光谱与B靶功率(W)的变化关系，当B靶功率为40W时，红外光谱中未出现吸收峰；B靶功率为60W时，在800CHT1和1500cm-1左右出现了类似于Sp2杂化结构的h-BN吸收峰；随B靶功率继续增加，吸收峰逐渐增强(根据复合膜的主要成分W、B、N，专利技术人将薄膜命名为WBN)。图2为本专利技术实施例所得WBN薄膜硬度(GPa)与B靶功率(W)的变化关系；随B靶功率的增加，薄膜的显微硬度逐渐升高，当B靶功率为80W时，硬度最高为36.15GPa，B靶功率大于80W时，随着B靶功率提高，薄膜的显微硬度逐渐下降。图3为本专利技术实施例所得WBN复合膜干切削实验下平均摩擦系数及磨损率与B靶功率(W)的变化关系曲线，随B靶功率的增加，薄膜的平均摩擦系数逐渐减小，而磨损率随B靶功率的增加先减小后增大，在B靶功率为80W时，摩擦系数和磨损率为0.35和2.2X10 8mm3.N 1Inrn 1。图4为本专利技术实施例所得WBN复合膜干切削实验下平均摩擦系数和磨损率随摩擦温度Ce)变化关系曲线。可知，当温度升至200°C时，WBN复合膜的摩擦系数急剧增大；继续升高温度时摩擦系数反而减小。而随温度的升高，复合膜的磨损率逐渐增大。【具体实施方式】以下将结合优选实施例说明本专利技术的技术方案:本专利技术的WBN硬质纳米结构薄膜是在JGP-450高真空多靶磁控溅射设备上完成的，采用高纯W靶和B靶共焦射频反应溅射，沉积在硬质合金或陶瓷基体上制备得到。该磁控溅射仪有三个溅射靶，分别安装在三个水冷支架上，三个不锈钢挡板分别安装在三个靶前面，通过电脑自动控制。纯W靶(99.99%)、纯B靶(99.9%)和纯Cr靶(99.9%)分别安装在独立的射频阴极上，靶材直径为75mm。将高速钢等硬质合金或陶瓷基体表面作镜面抛光处理，向真空室内充入纯度均为99.999%的Ar、N2混合气体，通过在高速钢等硬质合金或陶瓷的基体上采用纯W靶和纯B靶进行双靶共焦射频反应溅射方法沉积生成WBN硬质纳米结构薄膜。沉积WBN薄膜之前，通过挡板隔离基片与离子区，首先用Ar离子对靶材进行溅射5-10分钟，以去除靶材表面的杂质，避免杂质带入薄膜中。在基体上沉积100-200nm的纯CrN作为过渡层，以增强膜基结合力。溅射时间为2-3h，薄膜厚度为l-3um。其中，选用衬底为单晶Si片(100)对薄膜的成分、相结构和硬度进行研究；选用衬底为不锈钢的复合膜进行摩擦磨损性能的研究。衬底分别在丙酮和无水乙醇超声波中各清洗10-15min，以清除基体表面的油污与灰尘，快速烘干后装入真空室可旋转的基片架上。靶材到基片的距离约为11cm。真空室本底真空优于3.0X KT3Pa后，通入纯度为99.999%的氩气起弧。工作气压保持在0.3Pa，同时Ar、N2流量比保持10:10。W靶功率为120W，制备一系列不同B靶功率(0-100W)的WBN薄膜。实施例1实验参数:W靶功率120W，B靶功率为0W，硬度为27GPa。干切削实验下，平均摩擦系数为 0.41，磨损率为 6XlCT8mm3.N-1IrniT1tj实施例2实验参数:W靶功率120W，B靶功率为40W，硬度为31GPa。干切削实验下，平均摩擦系数为0.38，磨损率为4.4 X IO-W.N-W、实施例3实验参数:W靶功率120W，B靶功率为60W，硬度为35GPa。干切削实验下，平均摩擦系数为0.36，磨损率为2.4 X IO-W.N-W1。实施例4实验参数:W靶功率120W，B靶功率为80W，硬度为36.15GPa。干切削实验下，平均摩擦系数为0.33，磨损率为2.2X10—W.N—W1。实施例5实验参数:W靶功率120W，B靶功率为100W，硬度为34.5GPa。干切削实验下，平均摩擦系数为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种WBN硬质纳米结构薄膜，其特征在于是采用双靶共焦射频反应溅射法在硬质合金或陶瓷基体上制备得到，分子式为（W,B）N，厚度在1‑3um，当W靶功率为120W，B靶功率大于40W时，薄膜中形成了非晶BN。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：喻利花，许俊华，董鸿志，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。