一种多层梯度硬质涂层及其制备工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种多层梯度硬质涂层，包括基体，基体的顶部附着有Cr打底层，Cr打底层的顶部附着有CrN层，CrN层的顶部附着有CrN+AlTiN过渡层，CrN+AlTiN过渡层的顶部附着有AlTiN梯度层，AlTiN梯度层的顶部附着有AlCrN+AlTiN过渡层，AlCrN+AlTiN涂层的顶部附着有AlCrN稳定层。本发明专利技术还提供了一种制备方法，步骤首先在基体上表面采用电弧离子镀沉积Cr打底层；然后在Cr打底层上沉积CrN层，继而在CrN层上沉积CrN+AlTiN过渡层，在CrN+AlTiN过渡层上通过改变偏压沉积AlTiN梯度层，在AlTiN梯度层上沉积AlCrN+AlTiN过渡层，最后在AlCrN+AlTiN过渡层上沉积AlCrN稳定层。本发明专利技术可以结合AlCrN涂层和AlTiN涂层的优点，表面的AlCrN层耐磨耐腐蚀，抗粘着性和抗高温氧化性好，AlTiN有更高的高温硬度,极大的提高了膜基结合力。

【技术实现步骤摘要】
一种多层梯度硬质涂层及其制备工艺
本专利技术属于硬质镀膜领域，更具体地说，涉及一种多层梯度硬质涂层及其制备工艺。
技术介绍
富铝AlCrN和AlTiN涂层由于其高硬度、高耐磨性和抗氧化性等优异性能，在许多苛刻的机械加工和摩擦学操作中得到了广泛的应用。近年来，人们对多层膜的研究引起了极大的兴趣，发现多层膜比单层膜具有更好的综合性能。许多研究人员证明，AlCrN涂层比AlTiN具有更好的抗氧化、抗腐蚀和抗粘着性能，尤其有利于与工作环境的接触，有利于作为涂层表面制造工件。AlTiN涂层在高温下具有更高的硬度。因此，结合两种涂层的优点，AlCrN/AlTiN多层涂层有望表现出更好的性能。鉴于上述情况，有必要设计一种多层梯度硬质涂层及其制备工艺，设计合理，结合AlCrN涂层和AlTiN涂层的优点，耐磨耐腐蚀，抗高温氧化性好，同时通过梯度过渡，减小涂层和基底之间的硬度差异和应力，提高膜基结合力。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供了一种多层梯度硬质涂层及其制备工艺，以克服现有技术中存在的不足。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种多层梯度硬质涂层，其特征在于：包括基体，基体的顶部附着有Cr打底层，Cr打底层的顶部附着有CrN层，CrN层的顶部附着有CrN+AlTiN过渡层，CrN+AlTiN过渡层的顶部附着有AlTiN梯度层，AlTiN梯度层的顶部附着有AlCrN+AlTiN过渡层，AlCrN+AlTiN涂层的顶部附着有AlCrN稳定层；CrN过渡层中各元素的原子百分比30％～55％的Cr及45％～70％的N；CrN+AlTiN过渡层中，CrN中各元素的原子百分比30％～55％的Cr及45％～70％的N；AlTiN中各元素的原子百分比为：Al:30～40％，Ti:10～20％，N:45～55％；AlTiN梯度层中各元素的原子百分比为：Al:30～40％，Ti:10～20％，N:45～55％；AlCrN+AlTiN过渡层中，AlCrN中各元素的原子百分比为：Al:20～40％，Cr:20～30％，N:45～55％；AlTiN中各元素的原子百分比为：Al:30～40％，Ti:10～20％，N:45～55％；AlCrN稳定层中各元素的原子百分比为：Al:20～40％，Cr:20～30％，N:45～55％。本专利技术还提供了一种多层梯度硬质涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：首先在基体上表面采用电弧离子镀沉积Cr打底层；然后在Cr打底层上沉积CrN层，继而在CrN层上沉积CrN+AlTiN过渡层，然后在CrN+AlTiN过渡层上通过改变偏压沉积AlTiN梯度层，接着在AlTiN梯度层上沉积AlCrN+AlTiN过渡层，最后在AlCrN+AlTiN过渡层上沉积AlCrN稳定层。作为一种优化的技术方案，具体包括以下操作步骤：1)将基体材料设置在真空室中的旋转支架上，将真空室抽真空至基本压力1.0×10～3Pa以下，加热至500～700℃；然后，用纯度为99.99％Ar将真空室的腔体填充至1.0×10～1～1.0Pa；启动Ar离子辉光放电，对基体材料的表面进行等离子体蚀刻30～40分钟；2)涂层加工：首先点燃4个Cr靶进行2～5分钟Cr打底层沉积，然后通入500ccm的N2气，设定弧电流为60～100A，进行2～5分钟CrN层的反应沉积；接下来，继续通入N2气，点燃4个Cr靶和4个AlTi靶，设定弧电流为60～100A，进行2～5分钟CrN+AlTiN过渡层的反应沉积；然后，关闭Cr靶，点燃AlTi靶，调整偏压，分别在40～60A、80～100A、120～140A和160～180A的偏压下沉积梯度AlTiN涂层各15～30分钟；接着点燃AlCr靶和AlTi靶，沉积15～30分钟AlCrN+AlTiN过渡层；最后在150～250A偏压下沉积15～30分钟AlCrN稳定层。作为一种优化的技术方案，步骤2)中，沉积过程中使用的合金靶为4个纯Cr靶、4个AlTi靶和4个AlCr靶。作为一种优化的技术方案，步骤2)中，AlTi靶中Al：Ti的原子百分比是60～80％：20～40％；Al：Cr的原子百分比是60～80％：20～40％。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术可以结合AlCrN涂层和AlTiN涂层的优点，表面的AlCrN稳定层耐磨耐腐蚀，抗粘着性和抗高温氧化性好，AlTiN有更高的高温硬度，同时通过梯度过渡，减小了涂层和基体之间的硬度差异和应力，极大的提高了膜基结合力。参照附图和实施例对本专利技术做进一步说明。附图说明图1为本专利技术一种实施例的流程原理示意图。图2为本专利技术的多层梯度硬质涂层的截面形貌图3为本专利技术的多层梯度硬质涂层的结合力测试图片具体实施方式本实施例给出了一种用于硬质合金刀具表面的多层梯度硬质涂层的制备方法，需要说明的是，本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：如图1所示，一种多层梯度硬质涂层，包括硬质合金基体，基体的顶部附着有Cr打底层，Cr打底层的顶部附着有CrN层，CrN层的顶部附着有CrN+AlTiN过渡层，CrN+AlTiN过渡层的顶部附着有AlTiN梯度层，AlTiN梯度层的顶部附着有AlCrN+AlTiN过渡层，AlCrN+AlTiN涂层的顶部附着有AlCrN稳定层。在本实施例中，CrN过渡层中各元素的原子百分比40％的Cr及60％的N。CrN+AlTiN过渡层中，CrN中各元素的原子百分比45％的Cr及55％的N，AlTiN中各元素的原子百分比为：Al:36％，Ti:14％，N:50％。AlTiN梯度层中各元素的原子百分比为：Al:36％，Ti:14％，N:50％。AlCrN+AlTiN过渡层中，AlCrN中各元素的原子百分比为：Al:30％，Cr:25％，N:45％，AlTiN中各元素的原子百分比为：Al:34％，Ti:16％，N:50％。AlCrN稳定层中各元素的原子百分比为：Al:30％，Cr:25％，N:45％。本专利技术还提供了一种多层梯度硬质涂层的制备方法，包括以下步骤：首先在硬质合金基体上表面采用电弧离子镀沉积Cr打底层；然后在Cr打底层上沉积CrN层，继而在CrN层上沉积CrN+AlTiN过渡层，然后在CrN+AlTiN过渡层上通过改变偏压沉积AlTiN梯度层，接着在AlTiN梯度层上沉积AlCrN+AlTiN过渡层，最后在AlCrN+AlTiN过渡层上沉积AlCrN稳定层。详细的操作步骤如下：1)将硬质合金刀具设置在真空室中的旋转支架上，将真空室抽真空至基本压力1.0×10～3Pa以下，加热至500～700℃；然后，用纯度为99.99％Ar将真空室的腔体填充至1.0×10～1～1.0Pa；启动Ar离子辉光放电，对基体材料的表面进行等离子体蚀刻30分钟；2)涂层加工：首先点燃4个Cr靶进行4分钟Cr打底层沉积，然后通入500ccm的N2气，设定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多层梯度硬质涂层，其特征在于：包括基体，基体的顶部附着有Cr打底层，Cr打底层的顶部附着有CrN层，CrN层的顶部附着有CrN+AlTiN过渡层，CrN+AlTiN过渡层的顶部附着有AlTiN梯度层，AlTiN梯度层的顶部附着有AlCrN+AlTiN过渡层，AlCrN+AlTiN涂层的顶部附着有AlCrN稳定层；/nCrN过渡层中各元素的原子百分比30％～55％的Cr及45％～70％的N；/nCrN+AlTiN过渡层中，CrN中各元素的原子百分比30％～55％的Cr及45％～70％的N；AlTiN中各元素的原子百分比为：Al:30～40％，Ti:10～20％，N:45～55％；/nAlTiN梯度层中各元素的原子百分比为：Al:30～40％，Ti:10～20％，N:45～55％；/nAlCrN+AlTiN过渡层中，AlCrN中各元素的原子百分比为：Al:20～40％，Cr:20～30％，N:45～55％；AlTiN中各元素的原子百分比为：Al:30～40％，Ti:10～20％，N:45～55％；/nAlCrN稳定层中各元素的原子百分比为：Al:20～40％，Cr:20～30％，N:45～55％。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多层梯度硬质涂层，其特征在于：包括基体，基体的顶部附着有Cr打底层，Cr打底层的顶部附着有CrN层，CrN层的顶部附着有CrN+AlTiN过渡层，CrN+AlTiN过渡层的顶部附着有AlTiN梯度层，AlTiN梯度层的顶部附着有AlCrN+AlTiN过渡层，AlCrN+AlTiN涂层的顶部附着有AlCrN稳定层；
CrN过渡层中各元素的原子百分比30％～55％的Cr及45％～70％的N；
CrN+AlTiN过渡层中，CrN中各元素的原子百分比30％～55％的Cr及45％～70％的N；AlTiN中各元素的原子百分比为：Al:30～40％，Ti:10～20％，N:45～55％；
AlTiN梯度层中各元素的原子百分比为：Al:30～40％，Ti:10～20％，N:45～55％；
AlCrN+AlTiN过渡层中，AlCrN中各元素的原子百分比为：Al:20～40％，Cr:20～30％，N:45～55％；AlTiN中各元素的原子百分比为：Al:30～40％，Ti:10～20％，N:45～55％；
AlCrN稳定层中各元素的原子百分比为：Al:20～40％，Cr:20～30％，N:45～55％。


2.根据权利要求1所述的一种AlTiN梯度硬质涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：首先在基体上表面采用电弧离子镀沉积Cr打底层；然后在Cr打底层上沉积CrN层，继而在CrN层上沉积CrN+AlTiN过渡层，然后在CrN+AlTiN过渡层上通过改变偏压沉积AlTiN梯度层，接着在AlTiN梯度层上沉积AlCrN+AlTiN过渡层，最后在AlCrN+AlTi...

【专利技术属性】
技术研发人员：兰睿，卢国英，石昌仑，
申请(专利权)人：常州夸克涂层科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32