專利名稱：：一種兼具有高硬度和高抗熱震性能的氮化物復(fù)合防護(hù)涂層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種氮化物復(fù)合防護(hù)涂層，尤其涉及一種兼具有高硬度和高抗熱震性能的氮化物復(fù)合防護(hù)涂層。
背景技術(shù)：
：近十年來，TiN和TiAlN氮化物防護(hù)涂層，因其具有較高的硬度而廣泛應(yīng)用于各種刃具，以提高其硬度和使用壽命。但是，TiN和TiAlN氮化物涂層具有單一的相結(jié)構(gòu)，具有硬度較高且脆性大的特點(diǎn)，刃具在作業(yè)過程中會(huì)產(chǎn)生很大的熱量，其可使涂層和刃具的溫度升高到幾百度，由于涂層和刃具本體材料的熱膨脹系數(shù)相差較大，此時(shí)會(huì)在涂層與刃具的結(jié)合界面處產(chǎn)生很大的應(yīng)力集中，其可使涂層產(chǎn)生裂紋，嚴(yán)重時(shí)可使涂層從刃具上崩裂，縮短刃具的使用壽命。目前在國內(nèi)外，提高TiN和TiAlN氮化物防護(hù)涂層在刃具上的使用壽命的方法主要有兩種一是在TiN和TiAlN氮化物防護(hù)涂層與刃具之間施加金屬過渡層，減小氮化物涂層與刃具之間的界面應(yīng)力集中，如施加Ti過渡層，但是由于過渡層的厚度對(duì)其性能有較大的影響以及刃具幾何尺寸的不規(guī)則性，有時(shí)其效果并不理想；二是細(xì)化氮化物晶粒，這樣既提高了涂層的硬度，又增強(qiáng)了其塑性變形能力、提高了氮化物涂層的韌性和抗熱震性能，如制備TiN/TiAlN納米多層膜，此種方法的缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜。本發(fā)明創(chuàng)造性地利用金屬材料結(jié)晶原理，采用向氮化物涂層沉積過程中，加入適量的非氮化物形成元素——Cu，使其成為涂層中氮化物相的形核質(zhì)點(diǎn)，形成TiAlN/Cu復(fù)合防護(hù)涂層，這樣就可使其因形核速度增加而細(xì)化晶粒，顯著提高TiN和TiAlN氮化物防護(hù)涂層的硬度和抗熱震性能。另外，非氮化物金屬元素Cll的加入，還有助于縮小氮化物涂層與刃具本身的熱膨脹系數(shù)的差異，減小刃具在作業(yè)過程中涂層與刃具金屬界面的應(yīng)力集中，從而延長防護(hù)涂層和刃具的使用壽命。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種兼具有高硬度和高抗熱震性能的氮化物復(fù)合防護(hù)涂層，該復(fù)合涂層是通過向氮化物涂層中施加金屬Cu構(gòu)成的，有高硬度和優(yōu)良的抗熱震性能。本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，其特征是防護(hù)涂層的配方為Ti:22.0-45.0at%,、Al:1.0-25.0at%，、Cu:0.3-23.0at%、N:46.0-51.0at%。其制備方法為電弧離子鍍、磁控濺射等多種物理氣相沉積方法制備。本發(fā)明所述的Cu優(yōu)選范圍為Cu:0.3-1.8at%。本發(fā)明所述的防護(hù)涂層的厚度范圍為O.01-30.0微米，最佳厚度范圍為7.0-10.0微米。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是具有明顯提高單一TiN和TiAlN氮化物涂層硬度和抗熱震性能的技術(shù)效果，該涂層可由電弧離子鍍、磁控濺射等多種方法制備，可廣泛應(yīng)用于刃具等機(jī)械加工行業(yè)，有著廣闊的應(yīng)用前景和重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。具體實(shí)施例方式實(shí)施例l利用電弧離子鍍技術(shù)，制備TiAlN/Cu氮化物復(fù)合涂層的過程如下采用的靶材可以是純度大于99.99y。的純Ti靶、純Al靶和純Cu靶，或采用利用純Ti和純Al真空熔煉的TiAl合金靶與一個(gè)純Cu靶組合，或者是采用l個(gè)成分含量不同的TiAlCu合金耙?；倪x用W6Mo5Cr4V2高速鋼，試樣尺寸為15mmX10腿X2.5mm，經(jīng)過機(jī)械研磨，拋光及化學(xué)試劑(乙醇和丙酮)超聲清洗等預(yù)處理。在-800V偏壓下離子轟擊濺射清洗5分鐘。沉積溫度為400-45(TC，N2分壓為l-1.2Pa，沉積偏壓-450V，電弧電壓為20V，電弧電流為45-80A，靶與試樣間距為20cm，沉積時(shí)間10-240min，涂層厚度約為2-30Mm。涂層成分由電子探針測試確定；涂層厚度在掃描電鏡下觀察其截面確定；硬度測量在顯微硬度計(jì)上進(jìn)行，載荷25g;熱震實(shí)驗(yàn)溫度為500。C，保溫10min，然后在25。C的蒸餾水中迅速冷卻，為一次熱震實(shí)驗(yàn)，然后反復(fù)進(jìn)行。有關(guān)所制備的涂層性能如表l、表2、表3所示。表1電弧離子鍍多靶共沉積TiAlN/Cu涂層的工藝及性能<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>制備是在國產(chǎn)SP-2型磁控濺射鍍膜系統(tǒng)上進(jìn)行的，分別采用Ti9oAl9CupTi7oAl29C化和Ti5。Al49Cu!合金靶?；倪x用W6Mo5Cr4V2高速鋼，試樣尺寸為15mmX10mmX2.5mm，經(jīng)過機(jī)械研磨，拋光及化學(xué)試劑(乙醇和丙酮)超聲清洗等預(yù)處理。沉積溫度為25(TC，N2分壓為0.6Pa，采用直流磁控電源，功率1600W，靶與襯底間距為7cm，沉積時(shí)間120min，涂層厚度約為7-9)iim，其表面形貌如圖5所示，其硬度和抗熱震性能如表4所示。為了對(duì)比，相應(yīng)的TiAlN涂層的性能也展示在表4中。表4磁控濺射單靶沉積TiAlN/Cu涂層的工藝及性能<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>權(quán)利要求1、一種兼具有高硬度和高抗熱震性能的氮化物復(fù)合防護(hù)涂層，其特征是防護(hù)涂層的配方為Ti22.0-45.0at％，、Al1.0-25.0at％，、Cu0.3-23.0at％、N46.0-51.0at％。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種兼具有高硬度和高抗熱震性能的氮化物復(fù)合防護(hù)涂層，其特征是述的Cu優(yōu)選范圍為Cu:0.3-1.8at%。3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種兼具有髙硬度和高抗熱震性能的氮化物復(fù)合防護(hù)涂層，其特征是所述的防護(hù)涂層的厚度范圍為O.01-30.0微米，最佳厚度范圍為7.0-10.O微米。全文摘要一種兼具有高硬度和高抗熱震性能的氮化物復(fù)合防護(hù)涂層，其特征是防護(hù)涂層的配方為Ti22.0-45.0at％，Al1.0-25.0at％，Cu0.3-23.0at％、N46.0-51.0at％。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是具有明顯提高單一TiN和TiAlN氮化物涂層硬度和抗熱震性能的技術(shù)效果，該涂層可由電弧離子鍍、磁控濺射等多種方法制備，可廣泛應(yīng)用于刃具等機(jī)械加工行業(yè)，有著廣闊的應(yīng)用前景和重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值。文檔編號(hào)C23C30/00GK101660160SQ20091018604公開日2010年3月3日申請(qǐng)日期2009年9月14日優(yōu)先權(quán)日2009年9月14日發(fā)明者馮長杰,朱圣龍,李明升,楠杜,王福會(huì)申請(qǐng)人:南昌航空大學(xué)