[发明专利]一种降低氮化物硬质涂层表面熔滴数量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低氮化物硬质涂层表面熔滴数量的方法。

背景技术

近些年来，Al含量不同的氮化钛铝和氮化铬铝等氮化物硬质涂层，因其具有较高的硬度而越来越多地应用于各种刃具，以提高其硬度和使用寿命。在制备氮化物硬质涂层的方法中，电弧离子镀技术，相对于磁控溅射技术和电子束物理气相沉积技术，因其具有成本低、沉积效率高、对不同尺寸的刃具适用性强等特点，而被广泛实际采用。但是，电弧离子镀技术本身，由于涂层沉积采用的是靶材低电压和大电流的放电原理，沉积氮化物涂层的过程中，不可避免的有许多低熔点、低硬度的金属熔滴沉积在涂层表面，且其与涂层本身的结合力较弱，影响涂层的硬度和表面质量，进而影响刃具的使用寿命。

到目前为止，减少电弧离子镀氮化物硬质涂层表面熔滴数量的方法有两类：一是改善工艺，增加试样与靶材之间的电压，这样靶材产生的离子在到达试样表面时，会产生较大的动能，从而打掉已经沉积在试样表面且与涂层结合力较弱的熔滴，从而减少涂层表面熔滴的数量，但这种方法可使涂层内部产生很大的内应力，容易引起涂层从试样或刃具表面剥落，致使硬质涂层性能下降；二是改善电弧离子镀设备，即通过增设靶的磁过滤装置，过滤掉从靶材产生的熔滴，从而达到改善电弧离子镀氮化物涂层表面质量的目的，但是这种方法在过滤掉熔滴的同时，也把一部分动能较小的离子过滤掉，致使涂层的沉积效率大大降低，很难满足实际应用要求，故其多应用于实验室研究领域，另外磁过滤装置的成本很高，不同大小的磁过滤装置从几万元到几十万元不等，很难再实际生产中广泛推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种降低氮化物硬质涂层表面熔滴数量的方法，该方法利用电弧离子镀原理，通过改善靶材成分，可以显著减少电弧离子镀氮化物涂层表面的熔滴数量，达到提高其性能的目的，该方法简单易行，实际应用前景巨大，社会和经济效益显著。

本发明是这样来实现的，其特征是向靶材合金中添加占靶材合金不大于0.5at％的铂。利用Pt元素本身熔点高、原子量大，在相同沉积条件下获得的动能大的特点，可将沉积在试样表面的熔滴撞掉，减少涂层表面的熔点数量，从而改善电弧离子镀氮化物硬质涂层的表面质量，增加硬度，延长刃具的使用寿命。

本发明所述的靶材合金为以Ti含量为主要成分的钛合金或以Cr含量为主要成分的铬合金。

本发明的优点是：本方法可广泛应用于电弧离子镀硬质氮化物涂层的制备，可显著提高刃具的性能和使用寿命，有着广阔的应用前景和重大的经济和社会价值。

具体实施方式

实施例1

采用真空熔炼技术，向Al含量分别为0，10at％，30at％和50at％的钛铝合金中施加0.1at％的Pt。利用上述合金制成靶材，采用电弧离子镀技术，沉积氮化物涂层，沉积工艺如下：基材选用W6Mo5Cr4V2高速钢，试样尺寸为：15mm×10mm×2.5mm，经过机械研磨，抛光及化学试剂(乙醇和丙酮)超声清洗等预处理，在-800V偏压下离子轰击溅射清洗5分钟，沉积温度为400-450℃，N₂分压为1-1.2Pa，沉积偏压-450V，电弧电压为20V，电弧电流为60A，靶与试样间距为20cm，沉积时间100min，涂层厚度约为10um。

对施加Pt和没有施加Pt制备的涂层进行硬度和耐磨性实验，其结果如表1所示。硬度测量在显微硬度计上进行，载荷25g；耐磨实验在M-2000磨损实验机上进行，载荷0.15Kg，干摩擦，时间为15min，摩擦副为淬火45#钢环，磨损实验结束后根据试样的失重判断涂层耐磨性能。

表1Al含量不同的钛铝合金靶材施加0.1at％Pt前后电弧离子镀氮化物涂层的硬度和磨损失重