TiCN涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种TiCN涂层及其制备方法，以AlTi靶进行脉冲高偏压电弧离子镀膜，于基体上沉积Ti

【技术实现步骤摘要】
TiCN涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及刀具表面处理
，特别是涉及一种TiCN涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着刀具切削加工技术的发展，对刀具材料和性能提出了更高的要求。在刀具表面沉积硬质涂层成为改善和提高刀具切削性能的重要途径。目前，刀具表面采用的涂层类型主要有TiN涂层，TiAlN涂层，TiCN涂层和DLC涂层等，这些涂层主要通过物理气相沉积PVD工艺制备。
[0003]相关技术中，刀具涂层具有硬度低、摩擦系数大的问题。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对现有刀具涂层的硬度低、摩擦系数大的问题，提供一种硬度高、摩擦系数小的TiCN涂层及其制备方法。
[0005]本专利技术的第一方面，提供一种TiCN涂层的制备方法，包括：
[0006]在含氮气的气氛下，以AlTi靶进行脉冲高偏压电弧离子镀膜，于基体上沉积Ti
x1
Al
y1
N过渡层；
[0007]在含氮气的气氛下，以AlTi靶进行脉冲高偏压电弧离子镀膜和以TiC靶进行高能脉冲磁控溅射镀膜，于所述基体上沉积所述Ti
x2
Al
y2
C
z
N功能层；
[0008]在含氮气的气氛下，以TiC靶进行高能脉冲磁控溅射镀膜，于所述基体上沉积所述TiCN表层；
[0009]其中，x1+y1＝1，0.1≤x1≤1，0≤y1≤0.7，x2+y2+z＝1,0.1≤x2≤1；0≤y2≤0.7；0≤z≤0.3。
[0010]在其中一个实施例中，所述在含氮气的气氛下，以AlTi靶进行脉冲高偏压电弧离子镀膜，于所述基体上沉积所述Ti
x1
Al
y1
N过渡层包括：
[0011]开启所述AlTi靶，调节脉冲电弧80～
‑
600A，调节脉冲偏压至
‑
60～800v，频率为20～50KHz，占空比为30％～90％，调节氩气和氮气的气流量，使氩气和氮气的比例维持在PN2/PAr＝35
‑
65％,保持气压为3.0～4.0Pa。
[0012]在其中一个实施例中，所述在含氮气的气氛下，以AlTi靶进行脉冲高偏压电弧离子镀膜和以TiC靶进行高能脉冲磁控溅射镀膜，于所述基体上沉积所述Ti
x2
Al
y2
C
z
N功能层包括：
[0013]同步开启所述AlTi靶、所述TiC靶，所述AlTi靶的脉冲电弧80～600A，所述TiC靶的功率5～15Kw，调节脉冲偏压至
‑
60～
‑
800v，频率为20～50KHz，占空比为30％～90％，调节氩气和氮气的气流量，使氩气和氮气的比例维持在PN2/PAr＝35
‑
65％,保持气压为0.5～4.0Pa。
[0014]在其中一个实施例中，所述在含氮气的气氛下，以TiC靶进行高能脉冲磁控溅射镀膜，于所述基体上沉积所述TiCN表层包括：
[0015]关闭所述AlTi靶，调节氩气和氮气的气流量，使氩气和氮气的比例维持在PN2/PAr＝60～100％,保持气压为0.5～3.0Pa，调节所述TiC靶的功率为5～10Kw,占空比为25％～60％，沉积偏压为－50～－100V，频率为28～35KHz。
[0016]在其中一个实施例中，所述沉积所述Ti
x1
Al
y1
N过渡层之前，所述制备方法还包括：刻蚀所述基体，所述刻蚀所述基体包括：
[0017]开启离子源，开启偏压电源，采用离子束对所述基体进行刻蚀；其中，偏压电压为
‑
50～
‑
250v，送入流量为300～400sccm的氩气，刻蚀时间为30～60min。
[0018]在其中一个实施例中，所述刻蚀所述基体之前，所述制备方法还包括：向真空室内通入氢气，并加热所述基体，所述向真空室内通入氢气，并加热所述基体包括：
[0019]将所述真空室压强调至5.0～10.0Pa，并向所述真空室内通入流量为300～400sccm的氩气和100～150sccm的氢气，开启偏压电源，设置偏压电压为
‑
30～
‑
60v，设置温度为400～500℃。
[0020]在其中一个实施例中，向真空室内通入氢气，并加热所述基体之前，所述制备方法还包括：
[0021]将所述基体置入所述真空室内，并对所述真空室进行预加热，直至所述真空室内的温度达到375℃。
[0022]在其中一个实施例中，所述将所述基体置入所述真空室内，并对所述真空室进行预加热之前，所述制备方法还包括：
[0023]对所述基体进行清洗和干燥。
[0024]本专利技术的第二方面，还提供一种TiCN涂层，利用所述的TiCN涂层的制备方法制得，包括：
[0025]形成于基体上的Ti
x1
Al
y1
N过渡层；
[0026]形成于所述Ti
x1
Al
y1
N过渡层上的Ti
x2
Al
y2
C
z
N功能层；以及
[0027]形成于所述Ti
x2
Al
y2
C
z
N功能层上的TiCN表层。
[0028]在其中一个实施例中，所述Ti
x1
Al
y1
N过渡层的厚度为0.1～1.0μm，所述Ti
x2
Al
y2
C
z
N功能层的厚度为0.5～5.0μm，所述TiCN表层的厚度为0.5～1.2μm。
[0029]上述TiCN涂层及其制备方法，通过脉冲高偏压电弧离子镀工艺在基体上形成Ti
x1
Al
y1
N过渡层，提高膜基结合力；通过脉冲高偏压电弧离子工艺和高能脉冲磁控溅射工艺在Ti
x1
Al
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N过渡层上形成Ti
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Al
y2
C
z
N功能层，提高涂层硬度及降低摩擦系数；通过高能脉冲磁控溅射工艺在Ti
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Al
y2
C
z
N功能层上形成TiCN表层，TiCN涂层组织细密，呈柱状型生长结晶，孔隙较少，具有优异的耐磨性和低摩擦系数，大幅提高刀具的使用寿命。
具体实施方式
[0030]以下结合具体实施例对本专利技术的TiCN涂层及其制备方法作进一步详细的说明。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方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本专利技术公开内容理解更加透彻全面。
[0031]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
的技术人员通常本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种TiCN涂层的制备方法，其特征在于，包括：在含氮气的气氛下，以AlTi靶进行脉冲高偏压电弧离子镀膜，于基体上沉积Ti
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Al
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N过渡层；在含氮气的气氛下，以AlTi靶进行脉冲高偏压电弧离子镀膜和以TiC靶进行高能脉冲磁控溅射镀膜，于所述基体上沉积所述Ti
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Al
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N功能层；在含氮气的气氛下，以TiC靶进行高能脉冲磁控溅射镀膜，于所述基体上沉积所述TiCN表层；其中，x1+y1＝1，0.1≤x1≤1，0≤y1≤0.7，x2+y2+z＝1,0.1≤x2≤1；0≤y2≤0.7；0≤z≤0.3。2.根据权利要求1所述的TiCN涂层的制备方法，其特征在于，所述在含氮气的气氛下，以AlTi靶进行脉冲高偏压电弧离子镀膜，于所述基体上沉积所述Ti
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Al
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N过渡层包括：开启所述AlTi靶，调节脉冲电弧80～
‑
600A，调节脉冲偏压至
‑
60～800v，频率为20～50KHz，占空比为30％～90％，调节氩气和氮气的气流量，使氩气和氮气的比例维持在PN2/PAr＝35
‑
65％,保持气压为3.0～4.0Pa。3.根据权利要求1所述的TiCN涂层的制备方法，其特征在于，所述在含氮气的气氛下，以AlTi靶进行脉冲高偏压电弧离子镀膜和以TiC靶进行高能脉冲磁控溅射镀膜，于所述基体上沉积所述Ti
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N功能层包括：同步开启所述AlTi靶、所述TiC靶，所述AlTi靶的脉冲电弧80～600A，所述TiC靶的功率5～15Kw，调节脉冲偏压至
‑
60～
‑
800v，频率为20～50KHz，占空比为30％～90％，调节氩气和氮气的气流量，使氩气和氮气的比例维持在PN2/PAr＝35
‑
65％,保持气压为0.5～4.0Pa。4.根据权利要求3所述的TiCN涂层的制备方法，其特征在于，所述在含氮气的气氛下，以TiC靶进行高能脉冲磁控溅射镀膜，于所述基体上沉积所述TiCN表层包括：关闭所述AlTi靶，调节氩气和氮气的气流量，使氩气和氮气的比例维持在PN2/PAr＝60～100％,保持气压为0.5～3.0Pa，调节所述TiC靶的功率为5～10Kw,占空比为25％～60％，沉积偏压为－50～－...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立升，夏力，林海天，
申请(专利权)人：广东华升纳米科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：