專利名稱：涂層、具有該涂層的被覆件及該被覆件的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種涂層、具有該涂層的被覆件及該被覆件的制備方法，特別涉及一種以真空鍍膜的方式形成的涂層、具有該涂層的被覆件及該被覆件的制備方法。
背景技術(shù)：
真空鍍膜工藝在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其中，TiN薄膜鍍覆在刀具或模具表面能大幅提高刀具和模具的使用壽命。然而，隨著金屬切削加工朝高切削速度、高進給速度、 高可靠性、長壽命、高精度和良好的切削控制性方面發(fā)展，對表面涂層的性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的TiN涂層在硬度、韌性等方面已經(jīng)不能滿足要求。ZrN薄膜由于其硬度與韌性均優(yōu)于TiN薄膜而受到人們的廣泛關(guān)注。但單一的ZrN 薄膜在硬度、耐磨性等方面幾乎已經(jīng)沒有提高的空間，很難滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求。中國專利CN100480043C中提到在金屬、硬質(zhì)合金或陶瓷的硬質(zhì)基體上沉積&N/ Al2(CVxNx)3納米復合涂層，這種納米復合涂層的硬度超過30GPa，但其耐磨性并沒有提高。有研究發(fā)現(xiàn)薄膜具有高硬度、高耐腐蝕性等優(yōu)點，可作為超硬工具材料及表面保護材料。但由于本身是一種易碎材料，其韌性及耐磨性差，使其在刀具或模具涂層上的應(yīng)用受到了限制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種具有高硬度、良好的耐腐蝕性及耐磨性的涂層。另外，有必要提供一種具有上述涂層的被覆件。還有必要提供一種上述被覆件的制備方法。一種涂層，形成于一硬質(zhì)基體表面上，該涂層包括一梯度膜層，該梯度膜層為一 &BN層，該梯度膜層中N原子及B原子的個數(shù)含量由靠近該硬質(zhì)基體至遠離該硬質(zhì)基體的方向呈梯度增加。一種被覆件，包括一硬質(zhì)基體及形成在該硬質(zhì)基體上的一涂層，該涂層包括形成于該硬質(zhì)基體上的一梯度膜層，該梯度膜層為一 &BN層，該梯度膜層中N原子及B原子的個數(shù)含量由靠近該硬質(zhì)基體至遠離該硬質(zhì)基體的方向呈梯度增加。一種被覆件的制備方法，包括以下步驟提供一硬質(zhì)基體；在該硬質(zhì)基體的表面磁控濺射一梯度膜層，該梯度膜層為一 &BN層，該梯度膜層中N原子及B原子的個數(shù)含量由靠近該硬質(zhì)基體至遠離該硬質(zhì)基體的方向呈梯度增加。相較于現(xiàn)有技術(shù)，所述梯度膜層與硬質(zhì)基體結(jié)合處N原子及B原子的含量較低，梯度膜層主要表現(xiàn)為ττ的金屬相，具有與硬質(zhì)基體較相近的熱膨脹系數(shù)，因此界面處內(nèi)應(yīng)力小，從而使所述梯度膜層的結(jié)合力強、韌性高；該梯度膜層的表層N原子及B原子的含量較高，梯度膜層主要表現(xiàn)為BN相、ZrB2相及ZrN相，避免了單一相易脆而導致的涂層韌性及耐磨性差的缺點，同時由于BN及&艮的具有硬度高及耐腐蝕性高的優(yōu)點，顯著提高了梯度膜層硬度及耐腐蝕性。所述梯度膜層的硬度、韌性的提高及梯度膜層與結(jié)合層之間結(jié)合力的增強，可顯著地提高所述涂層的耐磨性。


圖1為本發(fā)明較佳實施例的涂層的剖視圖；圖2為本發(fā)明較佳實施例的被覆件的剖視圖；圖3為本發(fā)明較佳實施例的被覆件的制備方法的流程圖。主要元件符號說明涂層10梯度膜層11顏色層13結(jié)合層20硬質(zhì)基體30被覆件40
具體實施例方式請參閱圖1，本發(fā)明一較佳實施例的涂層10包括一梯度膜層11，該涂層10形成于一硬質(zhì)基體30的表面。該硬質(zhì)基體30的材質(zhì)可以為高速鋼、硬質(zhì)合金及不銹鋼等。該梯度膜層11為一 &BN層，其厚度為0. 5 2 μ m。該梯度膜層11通過磁控濺射法沉積形成。在該梯度膜層11中，N原子及B原子的個數(shù)含量均隨著該梯度膜層11厚度的增加而增加，即N原子及B原子在該梯度膜層11中的個數(shù)含量由靠近硬質(zhì)基體30至遠離硬質(zhì)基體30的方向均呈梯度增加?？梢岳斫獾?，在該梯度膜層11的表面還可鍍覆一顏色層13，以增強該涂層10的美觀性。請參閱圖2，本發(fā)明一較佳實施例的被覆件40包括一硬質(zhì)基體30、形成于該硬質(zhì)基體30的一結(jié)合層20及形成于該結(jié)合層20上的涂層10。硬質(zhì)基體該被覆件40可以為各類切削刀具、精密量具或模具。該結(jié)合層20用以提高涂層10與硬質(zhì)基體30之間的結(jié)合力。本實施例中，該結(jié)合層20為一 ττ層，其厚度為100 200nm。該結(jié)合層20通過磁控濺射法沉積形成。請進一步參見圖3，制作所述被覆件40的方法主要包括如下步驟Sl 提供一硬質(zhì)基體30。S2 對該硬質(zhì)基體30進行前處理。依次用去離子水和無水乙醇對該硬質(zhì)基體30表面進行擦拭，將擦拭后的硬質(zhì)基體30放入盛裝有丙酮溶液的超聲波清洗器中進行震動清洗，以除去硬質(zhì)基體30表面的雜質(zhì)和油污等。清洗完畢后吹干備用。對經(jīng)上述處理后的硬質(zhì)基體30的表面進行氬氣等離子清洗，以去除硬質(zhì)基體30 表面的雜質(zhì)，同時增加硬質(zhì)基體30表面的粗糙度，以改善硬質(zhì)基體30表面與后續(xù)涂層的結(jié)合力。對硬質(zhì)基體30的表面進行氬氣等離子清洗的方法包括如下步驟將硬質(zhì)基體30放入一射頻磁控濺射鍍膜機的鍍膜室內(nèi)，抽真空至真空度為1. OX 10_3Pa，以250 eOOsccm的流量向鍍膜室中通入純度為99. 999%的氬氣，并施加-300 -800V的偏壓于硬質(zhì)基體30， 對硬質(zhì)基體30表面進行等離子清洗，清洗時間為10 15min。S3 于該硬質(zhì)基體30上形成一結(jié)合層20。該結(jié)合層20為一 ττ層。本實施例中，制備該結(jié)合層20包括如下步驟在對硬質(zhì)基體30進行等離子體清洗后，開啟一安裝于磁控濺射鍍膜機的鍍膜室內(nèi)的鋯靶的電源，設(shè)置其功率為150 200W，并對硬質(zhì)基體30施加-100 -250V的偏壓，調(diào)節(jié)氬氣流量至100 200SCCm，加熱鍍膜室至150 300°C (即濺射溫度為150 300°C )， 沉積結(jié)合層20。沉積該結(jié)合層20的時間為5 lOmin。S4 于該結(jié)合層20上形成一梯度膜層11。該梯度膜層11為一 &BN層。制備該梯度膜層11時，以氮氣為反應(yīng)氣體，通過調(diào)節(jié)氮氣的流量及硼靶的功率隨沉積時間呈梯度變化，而使N原子及B原子在該梯度膜層11 中的個數(shù)含量由靠近硬質(zhì)基體30至遠離硬質(zhì)基體30的方向均呈梯度變化。本實施例中， 制備該梯度膜層11包括如下步驟形成所述結(jié)合層20后，以5 25sCCm的流量向鍍膜室中通入純度為99. 999%的氮氣，同時開啟鋯靶和硼靶的電源，設(shè)置鋯靶的功率為150 200W、硼靶的功率為100 200W，沉積梯度膜層11。在沉積梯度膜層11的過程中，每沉積15min將氮氣的流量增大5 25SCCm、硼靶的功率增加20 40W。沉積該梯度膜層11的時間為45 90min。關(guān)閉偏壓及鋯靶、硼靶的電流，停止通入氬氣及氮氣，待所述梯度膜層11冷卻后， 向鍍膜室內(nèi)通入空氣，打開鍍膜室門，取出鍍覆有結(jié)合層20及梯度膜層11的硬質(zhì)基體30?？梢岳斫獾模苽渌霰桓布?0的方法還可包括在該梯度膜層11的表面鍍覆一顏色層13，以增強被覆件40的美觀性。上述被覆件40的制備方法通過調(diào)節(jié)氮氣的流量及硼靶的功率在沉積過程中遞增，而使N原子及B原子在該梯度膜層11中的個數(shù)含量由靠近硬質(zhì)基體30至遠離硬質(zhì)基體30的方向均呈梯度增加，與結(jié)合層20結(jié)合處N原子及B原子的含量較低，梯度膜層11 主要表現(xiàn)為ττ的金屬相，具有與硬質(zhì)基體30、結(jié)合層20較相近的熱膨脹系數(shù)，因此界面處內(nèi)應(yīng)力小，使得梯度膜層11與結(jié)合層20之間的結(jié)合力增強。該梯度膜層11的表層N原子及B原子含量較高，梯度膜層11主要表現(xiàn)為BN相、ZrB2相及ZrN相，避免了單一相易脆而導致的涂層韌性及耐磨性差的缺點，同時由于BN相及相具有硬度高、耐腐蝕性高的優(yōu)點，顯著提高了梯度膜層硬度及耐腐蝕性。此外，由于梯度膜層11與結(jié)合層20界面處內(nèi)應(yīng)力小，當硬質(zhì)基體30受力變形時難以形成裂紋，即使形成裂紋也難以擴展，從而大大提高所述梯度膜層11的韌性。所述梯度膜層11的硬度、韌性的提高及梯度膜層11與結(jié)合層20之間結(jié)合力的增強，可顯著地提高所述涂層10的耐磨性。
權(quán)利要求
1.一種涂層，形成于一硬質(zhì)基體表面上，該涂層包括一梯度膜層，其特征在于該梯度膜層為一 &BN層，該梯度膜層中N原子及B原子的個數(shù)含量由靠近該硬質(zhì)基體至遠離該硬質(zhì)基體的方向呈梯度增加。
2.如權(quán)利要求1所述的涂層，其特征在于該梯度膜層的厚度為0.5 2μπι。
3.如權(quán)利要求1所述的涂層，其特征在于該涂層還包括一形成于該梯度膜層上的顏色層。
4.一種被覆件，包括一硬質(zhì)基體及形成在該硬質(zhì)基體上的一涂層，該涂層包括形成于該硬質(zhì)基體上的一梯度膜層，其特征在于該梯度膜層為層，該梯度膜層中N原子及 B原子的個數(shù)含量由靠近該硬質(zhì)基體至遠離該硬質(zhì)基體的方向呈梯度增加。
5.如權(quán)利要求4所述的被覆件，其特征在于該梯度膜層的厚度為0.5 2 μ m。
6.如權(quán)利要求4所述的被覆件，其特征在于該被覆件還包括一形成于硬質(zhì)基體與涂層之間的結(jié)合層，該結(jié)合層為一 ^ 層，其厚度為100 200nm。
7.一種被覆件的制備方法，包括以下步驟提供一硬質(zhì)基體；在該硬質(zhì)基體的表面磁控濺射一梯度膜層，該梯度膜層為一 &BN層，該梯度膜層中N 原子及B原子的個數(shù)含量由靠近該硬質(zhì)基體至遠離該硬質(zhì)基體的方向呈梯度增加。
8.如權(quán)利要求7所述的被覆件的制備方法，其特征在于磁控濺射所述梯度膜層時，以鋯靶和硼靶為靶材，以氮氣為反應(yīng)性氣體，該氮氣的初始流量為5 25sCCm，每濺射15min 將所述氮氣的流量增大5 25sCCm，硼靶的初始功率為100 200W，每濺射15min將所述氮氣的流量增大20 40W。
9.如權(quán)利要求7所述的被覆件的制備方法，其特征在于該被覆件的制備方法還包括在形成梯度膜層前在硬質(zhì)基體上磁控濺射一結(jié)合層的步驟，該結(jié)合層為一 ττ層。
10.如權(quán)利要求9所述的被覆件的制備方法，其特征在于形成該結(jié)合層的工藝參數(shù)為以鋯靶為靶材，設(shè)置鋯靶的功率為150 200W，施加于硬質(zhì)基體的偏壓為-100 -250V，氬氣流量為100 200sccm，濺射溫度為150 300°C，濺射時間為5 IOmin0
全文摘要
本發(fā)明提供一種涂層，該涂層包括一ZrBN梯度膜層。該涂層具有較高的硬度、良好的耐腐蝕性及耐磨性。本發(fā)明還提供一種具有上述涂層的被覆件。該被覆件包括一硬質(zhì)基體及形成在該硬質(zhì)基體上的一涂層，該涂層包括形成于該硬質(zhì)基體上的一ZrBN梯度膜層。另外，本發(fā)明還提供了一種上述被覆件的制備方法。
文檔編號B32B9/00GK102373426SQ201010254340
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月16日
發(fā)明者張新倍, 胡智杰, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司