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PVD涂層、具有該PVD涂層的被覆件及該被覆件的制備方法。
背景技術(shù)：
PVD鍍膜工藝在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其中，TiN, TiAlN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(jìn)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、TiAlN涂層在硬度、韌性等方面已經(jīng)不能滿足要求。研究發(fā)現(xiàn)，在TiN中摻入Si可以進(jìn)一步提高其硬度，但是韌性較低，在用于切削高硬度材料時，刀具的刃口易產(chǎn)生卷刃。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種具有良好硬度及韌性的涂層。另外，還有必要提供一種應(yīng)用上述涂層的被覆件。另外，還有必要提供一種上述被覆件的制備方法。—種涂層，該涂層包括一納米復(fù)合層，該納米復(fù)合層包括若干NiTiCN層和若干 TiCN層，所述NiTiCN層和TiCN層交替排布。一種被覆件，該被覆件包括一基體、形成于該基體的一結(jié)合層及形成于該結(jié)合層上的一涂層，該涂層包括一納米復(fù)合層，該納米復(fù)合層包括若干NiTiCN層和若干TiCN層， 所述NiTiCN層和TiCN層交替排布。一種被覆件的制備方法，包括以下步驟 提供一基體；于該基體的表面磁控濺射一結(jié)合層，該結(jié)合層為一 NiTi層；于該結(jié)合層的表面磁控濺射一納米復(fù)合層，該納米復(fù)合層包括若干NiTiCN層和若干TiCN層，所述NiTiCN層和TiCN層交替排布。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在形成NiTiCN沉積層時，Ni原子以獨立形式偏聚在晶界上形成M相可抑制TiN晶粒的長大，使得沉積層中的TiN晶粒的粒徑維持在納米級，該納米級的TiN晶?？捎行岣咚鐾繉拥挠捕群晚g性。更重要的是，由于納米級氮化物 NiTiCN與TiCN之間剪切模量的差異，交替沉積的每一 NiTiCN層與每一 TiCN層之間的位錯運動在二膜層的界面處而停止，位錯的塞積可產(chǎn)生硬化現(xiàn)象及抑制膜層的變形，從而使得所述納米復(fù)合層的硬度及韌性進(jìn)一步得到顯著的提高。所述的被覆件在基體與沉積層之間設(shè)置一 MTi結(jié)合層，可有效提高涂層與基體之間的結(jié)合力。所述涂層的硬度、韌性的提高及涂層與基體之間結(jié)合力的增強，可顯著地提高所述涂層的使用性能。


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。主要元件符號說明基體10 結(jié)合層20涂層30納米復(fù)合層31NiTiCN 層311TiCN 層313顏色層33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30包括一納米復(fù)合層31。該納米復(fù)合層 31包括若干碳氮化鎳鈦(NiTiCN)層311和若干碳氮化鈦(TiCN)層313，所述NiTiCN層 311和TiCN層313交替排布。所述若干NiTiCN層311及若干TiCN層313可通過磁控濺射的方法制成。該若干 NiTiCN層311的層數(shù)可為50 60層，該若干TiCN層313的層數(shù)可為50 60層。每一 NiTiCN層311的厚度可為10 20nm，每一 TiCN層313的厚度可為10 20nm。所述納米復(fù)合層31的總厚度可為1 4μ m。可以理解的，所述涂層30還可包括于該納米復(fù)合層31的表面上鍍覆的一顏色層 33，以增強該涂層30的美觀性。請參閱圖2，本發(fā)明一較佳實施例的被覆件40包括一基體10、形成于該基體10的一結(jié)合層20及形成于該結(jié)合層20上的所述涂層30。該基體10的材質(zhì)可以為高速鋼、硬質(zhì)合金及不銹鋼等。該被覆件40可以為各類切削刀具、精密量具、模具、3C電子產(chǎn)品外殼及各種建筑裝飾件等。該結(jié)合層20為一鎳鈦(NiTi)層，其厚度為0.05 0.2 μ m，優(yōu)選為0. 1 μ m。該結(jié)合層20通過磁控濺射法沉積形成。該結(jié)合層20的化學(xué)穩(wěn)定性與熱膨脹系數(shù)介于基體10 與涂層30之間，因而可有效提高涂層30與基體10之間的結(jié)合力。請進(jìn)一步參見圖3，該被覆件40的方法主要包括如下步驟Sl 提供一基體 10。所述基體10的材質(zhì)可以為高速鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷及燒結(jié)金剛石等。S2 對該基體10進(jìn)行前處理。將基體10放入盛裝有乙醇及/或丙酮溶液的超聲波清洗器中進(jìn)行震動清洗，以除去基體10表面的雜質(zhì)和油污等。清洗完畢后烘干備用。對經(jīng)上述處理后的基體10的表面進(jìn)行氬氣等離子體清洗，進(jìn)一步去除基體10 表面的油污，以改善基體10表面與后續(xù)涂層的結(jié)合力。該等離子體清洗的具體操作及工藝參數(shù)可為將基體10固定于一磁控濺射鍍膜機(jī)真空室內(nèi)的轉(zhuǎn)架上，抽真空至真空度為8. OX 10_3pa，以300 600sCCm(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分鐘)的流量向真空室內(nèi)通入純度為 99. 999%的氬氣，并施加-300 -800V的偏壓于基體10，對基體10表面進(jìn)行等離子體清洗，清洗時間為3 lOmin。 S3 于該基體10上形成一結(jié)合層20。該結(jié)合層20為一 NiTi層。在對基體10進(jìn)行等離子體清洗后，調(diào)節(jié)真空室溫度至100 200°C，調(diào)節(jié)氬氣流量至100 300sccm，優(yōu)選為150sccm ；設(shè)置所述轉(zhuǎn)架的公轉(zhuǎn)速度為0. 5 4rpm(revolution per minute,轉(zhuǎn)/分鐘)，優(yōu)選3rpm ；開啟鎳鈦合金靶的電源，設(shè)置該電源的功率為7 Ilkw,優(yōu)選為IOkw ；對基體10施加-100 -300V是偏壓，沉積結(jié)合層20。沉積該結(jié)合層20 的時間為20 60min。所述鎳鈦合金靶中Ni的質(zhì)量百分含量為20 80%。S4 于該結(jié)合層20上形成一納米復(fù)合層31。該納米復(fù)合層31由若干NiTiCN層 311和若干TiCN層313交替沉積形成。形成所述結(jié)合層20后，向真空室中通入流量為10 200sCCm的純度為99. 999% 的氮氣及流量為10 300SCCm的純度為99. 8%的乙炔氣體，以沉積所述納米復(fù)合層31。沉積該納米復(fù)合層31時，交替開啟分別安裝于所述磁控濺射鍍膜機(jī)的鎳鈦合金靶及鈦靶，以于結(jié)合層20上交替沉積若干NiTiCN層311和若干TiCN層313。所述鎳鈦合金靶及鈦靶的電源功率設(shè)置為7 llkw。沉積該納米復(fù)合層31的時間為30 120min。關(guān)閉負(fù)偏壓、鎳鈦合金靶及鈦靶電源，停止通入氬氣、氮氣及乙炔氣體，待所述納米復(fù)合層31冷卻后，向真空室內(nèi)通入空氣，打開真空室門，取出鍍覆有結(jié)合層20及納米復(fù)合層31的基體10。可以理解的，制備所述被覆件40的方法還可包括在該納米復(fù)合層31的表面鍍覆一顏色層33，以增強被覆件40的美觀性。本發(fā)明在形成NiTiCN層311時，氮氣中的N原子優(yōu)先與Ti原子形成TiN晶粒，Ni 原子則以獨立形式偏聚在晶界上形成Ni相，其可抑制TiN晶粒的長大，因而使得NiTiCN層 311中的TiN晶粒的粒徑維持在納米級，該納米級的TiN晶?？捎行岣咚黾{米復(fù)合層 31的硬度和韌性。更重要的是，由于納米級氮化物NiTiCN與TiCN之間剪切模量的差異， 交替沉積的每一 NiTiCN層311與每一 TiCN層313之間的位錯運動在二膜層的界面處而停止，位錯的塞積可產(chǎn)生硬化現(xiàn)象及抑制膜層的變形，從而使得所述納米復(fù)合層31的硬度及韌性進(jìn)一步得到顯著的提高。所述的被覆件40在基體10與納米復(fù)合層31之間設(shè)置一 NiTi結(jié)合層20，由于該結(jié)合層20的化學(xué)穩(wěn)定性與熱膨脹系數(shù)介于基體10與納米復(fù)合層31之間，因而可有效提高納米復(fù)合層31與基體10之間的結(jié)合力。所述納米復(fù)合層31的硬度、韌性的提高及納米復(fù)合層31與基體10之間結(jié)合力的增強，可顯著地提高所述涂層30的使用性能。
權(quán)利要求
1.一種涂層，該涂層包括一納米復(fù)合層，其特征在于該納米復(fù)合層包括若干NiTiCN 層和若干TiCN層，所述NiTiCN層和TiCN層交替排布。
2.如權(quán)利要求1所述的涂層，其特征在于每一NiTiCN層的厚度為10 20nm，每一 TiCN層的厚度為10 20nm。
3.如權(quán)利要求1所述的涂層，其特征在于該納米復(fù)合層的總厚度為1 4μm。
4.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納米復(fù)合層上的顏色層。
5.一種被覆件，該被覆件包括一基體、形成于該基體的一結(jié)合層及形成于該結(jié)合層上的一涂層，該涂層包括一納米復(fù)合層，其特征在于該納米復(fù)合層包括若干NiTiCN層和若干TiCN層，所述NiTiCN層和TiCN層交替排布。
6.如權(quán)利要求5所述的被覆件，其特征在于該結(jié)合層為一MTi層，其厚度為0. 05 0. 2 μ m0
7.一種被覆件的制備方法，包括以下步驟提供一基體；于該基體的表面磁控濺射一結(jié)合層，該結(jié)合層為一 MTi層；于該結(jié)合層的表面磁控濺射一納米復(fù)合層，該納米復(fù)合層包括若干MTiCN層和若干 TiCN層，所述NiTiCN層和TiCN層交替排布。
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該結(jié)合層以鎳鈦合金靶為靶材，其功率為7 llkw，以氬氣作為惰性氣體，其流量為100 300sCCm，對基體施力口 -100 -300V的偏壓，濺射時間為20 60min。
9.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該納米復(fù)合層以鎳鈦合金靶和鈦靶為交替開啟的靶材，該二靶材的功率為7 llkw，以氮氣及乙炔為反應(yīng)性氣體，該氮氣的流量為10 200sCCm，該乙炔氣體的流量為10 lOOsccm，濺射溫度為 100 200，濺射時間為30 120min。
10.如權(quán)利要求7或9所述的被覆件的制備方法，其特征在于該鎳鈦合金靶中M的質(zhì)量百分含量為20 80%。
全文摘要
本發(fā)明提供一種涂層，該涂層包括一納米復(fù)合層，該納米復(fù)合層包括若干NiTiCN層和若干TiCN層，所述NiTiCN層和TiCN層交替排布。該涂層具有良好的硬度和韌性。本發(fā)明還提供一種具有上述涂層的被覆件，該被覆件包括一基體、形成于該基體的一結(jié)合層及形成于該結(jié)合層上的一所述涂層。該結(jié)合層為一NiTi層。所述NiTiCN層和TiCN層的交替沉積，能顯著提高該涂層的硬度及韌性。另外，本發(fā)明還提供了上述被覆件的制備方法。
文檔編號C23C14/35GK102345091SQ20101024005
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者張新倍, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士, 馬闖 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