工件涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及零部件加工领域，特别是涉及一种工件涂层及其制备方法与应用。本发明专利技术通过在0V～‑200V的第一偏压下在工件上沉积厚度为100nm～200nm的第一膜层，使得第一膜层包含结晶取向的转变区，促使形成高密度的共格晶界，然后施加‑300V～‑2000V的第二偏压，沉积厚度为5nm～30nm的第二膜层，由于偏压的加速，沉积粒子的能量较高，阻断了第一膜层中晶体的连续生长，形成一个界面，使得再次施加第一偏压时，晶体从该界面重新生长，从而保证了结晶取向转变区和共格晶界在整个涂层中的占比较高，有效提升了整个涂层的硬度和韧性。

【技术实现步骤摘要】
工件涂层及其制备方法与应用
本专利技术涉及零部件加工领域，特别是涉及一种工件涂层及其制备方法与应用。
技术介绍
通过在工件表面制备数百纳米至数微米的硬质涂层，可以大幅提升工件的表面硬度、耐磨性及耐腐蚀性，进而提升工件的使用寿命。因此，涂层在零部件加工领域有着广泛的应用。涂层对于工件的防护效果和涂层硬度有着密切关系，一般情况下，涂层的硬度越高，对工件表面强度的提升也越好，因此提升涂层的硬度是目前的一个研究热点。然而，在目前的加工技术中，涂层的硬度和韧性大部分时候是此消彼长的，材料硬度的提升，往往会带来材料韧性的下降。当涂层韧性较差时，在承受负荷外的冲击时会大大降低甚至丧失防护效果。因此，同步提升材料硬度和韧性的矛盾亟待解决。
技术实现思路
基于此，有必要提供一种能同时提高工件涂层硬度和韧性的涂层制备方法。本专利技术的一个方面，提供了一种工件涂层的制备方法，其包括通过物理气相沉积在工件上交替沉积第一膜层和第二膜层：所述第一膜层在0V～-200V的偏压下沉积，厚度为100nm～200nm；所述第二膜层在-300V～-2000V的偏压下沉积，厚度为5nm～30nm；所述第一膜层的材质和所述第二膜层的材质独立地选自金属碳化物和金属氮化物。本专利技术通过在0V～-200V的第一偏压下沉积厚度为100nm～200nm的第一膜层，使得第一膜层包含结晶取向的转变区，促使形成高密度的共格晶界，然后施加-300V～-2000V的第二偏压，沉积厚度为5nm～30nm的第二膜层，由于偏压的加速，沉积粒子的能量较高，阻断了第一膜层中晶体的连续生长，形成一个界面，使得再次施加第一偏压时，晶体从该界面重新生长，从而保证了结晶取向转变区和共格晶界在整个涂层中的占比较高，有效提升了整个涂层的硬度和韧性。在其中一个实施例中，所述金属碳化物和金属氮化物中的金属是指铬、钛、钨、铝或合金中的至少一种，所述合金由铬、钛、钨、铝中的至少两种组成。在其中一个实施例中，所述金属碳化物和金属氮化物由所述金属和反应性气体制备而成。在其中一个实施例中，所述反应性气体为氮气、氧气、甲烷、乙烷、乙烯和乙炔中的至少一种。在其中一个实施例中，在所述工件上交替沉积第一膜层和第二膜层前，先在所述工件上制备过渡层；所述第一膜层的材质为金属碳化物，所述过渡层的材质为金属/金属碳化物；所述第一膜层的材质为金属氮化物，所述过渡层的材质为金属/金属氮化物。在其中一个实施例中，制备所述过渡层的偏压为-80V～-120V。在其中一个实施例中，所述过渡层的厚度为600nm～1000nm。在其中一个实施例中，在所述工件上制备所述过渡层前，先对所述工件进行清洗，所述清洗包括有机溶剂清洗和离子源清洗中的至少一种。在其中一个实施例中，所述工件的材质为钢材、硅片、刚玉、陶瓷中的至少一种。在其中一个实施例中，所述物理气相沉积为真空蒸镀，所述真空蒸镀的蒸发源为电弧蒸发源。在其中一个实施例中，所述电弧蒸发源的电弧电流为80A～100A。本专利技术的另一方面，提供了一种工件涂层，其前述的制备方法制得。本专利技术还提供了一种刀具，其包括前述的工件涂层。附图说明图1为透射电镜检测的实施例1的微观结构图；其中，(a)为涂层的全貌图，(b)为(a)中黑框内的放大图，(c)为涂层的局部高分辨图，(d)为(c)进行拟合后得到的拟合图，能更清晰地看出涂层中的结晶取向变化；图2为实施例1和对比例1的截面形貌对比图；图3为实施例1和对比例1的压痕形貌图。具体实施方式为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的较佳实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容的理解更加透彻全面。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在专利技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本专利技术的描述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。本专利技术提供了一种工件涂层的制备方法，包括通过物理气相沉积在工件上交替沉积第一膜层和第二膜层：第一膜层在0V～-200V的偏压下沉积，厚度为100nm～200nm；第二膜层在-300V～-2000V的偏压下沉积，厚度为5nm～30nm；第一膜层的材质和第二膜层的材质独立地选自金属碳化物和金属氮化物。当涂层内存在共格晶界时，由于晶粒方向有一定的调整，对外力具备一定的缓冲作用，能避免涂层受到冲击时外力始终沿着连续的晶粒方向传递而直接造成整个涂层的碎裂，因此，共格晶界的存在能使得涂层具备更好的韧性，同时，由于共格晶界本身的高密度，存在共格晶界也能有效提高涂层的硬度。然而，当晶粒沿着同一方向连续生长时，所能形成的共格晶界的厚度是有限的，因此，如果能有效提升共格晶界在整个涂层中的占比，将可以实现涂层硬度和韧性的大幅提升。可以理解，本专利技术中的第一偏压和第二偏压记作负值是由于连接了负极电压，但就电压值而言，应当取偏压的绝对值，即，第二偏压的电压值是大于第一偏压的：例如，“-300V”的电压值较“-100V”的电压值大200V。因此，由于偏压的加大，第二膜层中所沉积粒子的能量较高，从而阻断了第一膜层中晶体的连续生长，形成一个界面，使得再次施加第一偏压时，晶体从该界面重新生长，从而使得在一定厚度的涂层内能存在若干个结晶取向转变区和共格晶界，有效提升了整个涂层的硬度和韧性。在一些实施方式中，第一偏压例如可以是-80V～-100V，又如还可以是-5V、-15V、-25V、-35V、-45V、-55V、-65V、-75V、-85V、-95V、-105V、-115V、-125V、-135V、-145V、-155V、-165V、-175V、-185V、-195V。在一些实施方式中，第一膜层的厚度例如可以是105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm、135nm、140nm、145nm、150nm、155nm、160nm、165nm、170nm、175nm、180nm、185nm、190nm、195nm。当第一膜层的厚度位于预设范围内时，既能使得第一膜层内顺利形成共格晶界，又能使得晶体连续生长的厚度不至于过厚，导致共格晶界在整个膜层中的占比过低，影响硬度和韧性的提高。在预设范围内，第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种工件涂层的制备方法，其特征在于，包括通过物理气相沉积在工件上交替沉积第一膜层和第二膜层：/n所述第一膜层在0V～-200V的偏压下沉积，厚度为100nm～200nm；/n所述第二膜层在-300V～-2000V的偏压下沉积，厚度为5nm～30nm；/n所述第一膜层的材质和所述第二膜层的材质独立地选自金属碳化物和金属氮化物。/n

【技术特征摘要】
1.一种工件涂层的制备方法，其特征在于，包括通过物理气相沉积在工件上交替沉积第一膜层和第二膜层：
所述第一膜层在0V～-200V的偏压下沉积，厚度为100nm～200nm；
所述第二膜层在-300V～-2000V的偏压下沉积，厚度为5nm～30nm；
所述第一膜层的材质和所述第二膜层的材质独立地选自金属碳化物和金属氮化物。


2.根据权利要求1所述的工件涂层的制备方法，其特征在于，所述金属碳化物和金属氮化物中的金属是指铬、钛、钨、铝或合金中的至少一种，所述合金由铬、钛、钨、铝中的至少两种组成。


3.根据权利要求2所述的工件涂层的制备方法，其特征在于，所述金属碳化物和金属氮化物由所述金属和反应性气体制备而成。


4.根据权利要求3所述的工件涂层的制备方法，其特征在于，所述反应性气体为氮气、氧气、甲烷、乙烷、乙烯和乙炔中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的工件涂层的制备方法，其特征在于，在所述工件上交替沉积第一膜层和第二膜层前，先在所述工件上制备过渡层；
所述第一膜层的材质为金属碳化物，所述过渡层的材质为金属/金属碳化物；所述第一膜层的材质为金属氮化物，...

【专利技术属性】
技术研发人员：林海天，李立升，郑礼伟，陈松，
申请(专利权)人：东莞市华升真空镀膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44