[发明专利]TaN-Ag硬质薄膜及制备方法在审

专利信息
申请号: 201410264441.2 申请日: 2014-06-13
公开(公告)号: CN104060231A 公开(公告)日: 2014-09-24
发明(设计)人: 喻利花;许俊华;黄婷 申请(专利权)人: 江苏科技大学
主分类号: C23C14/35 分类号: C23C14/35;C23C14/06
代理公司: 南京经纬专利商标代理有限公司 32200 代理人: 楼高潮
地址: 212003 *** 国省代码: 江苏;32
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摘要:
搜索关键词: tan ag 硬质 薄膜 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种涂层及其制备方法,特别是一种TaN-Ag硬质纳米结构薄膜及制备方法,属于陶瓷涂层技术领域。

背景技术

为了满足现代工业的快速发展,尤其是干式加工、高速切削加工等加工方式的出现,不仅要求切削刀具上的涂层具有高硬度、优异的高温抗氧化性能,而且更需要涂层具有优良的耐摩磨性能。传统的刀具涂层虽然具有较高硬度,但它们的耐磨性能不太理想,无法满足要求。氮化钽(TaN)薄膜具有高熔点、高硬度、良好的生物相容性等优异性能,可广泛用于集成电路构件、医学领域等中。溅射法制备的TaN薄膜硬度高达到22GPa,但其摩擦系数较高,约为0.7,与现代加工技术所要求的高硬度耐磨涂层如TiN相比,TaN薄膜耐磨性能较差,因而市场上没有发现二元的TaN薄膜用作切削刀具的保护涂层。

发明内容

为了克服现有TaN硬质纳米结构摩擦磨损性能不理想的缺点,本发明的目的是提供一种TaN-Ag硬质纳米结构薄膜,兼具高硬度和良好的摩擦磨损性能,可作为高速、干式切削的纳米结构硬质薄膜。

本发明的另一个目的是提供一种TaN-Ag硬质纳米结构薄膜的制备方法,具有较高生产效率。

本发明是通过以下技术方案实现上述目的的:

一种TaN-Ag硬质纳米结构薄膜,是以高纯Ta靶和Ag靶为靶材,采用多靶共焦射频反应溅射法沉积在硬质合金或陶瓷基体上得到,薄膜分子式为TaN-Ag,厚度在1-3μm,Ag含量为0-10at.%且大于0;

一种TaN-Ag硬质纳米结构薄膜的制备方法,其特征在于,是以高纯Ta靶和Ag靶为靶材,采用双靶共焦射频反应溅射沉积在硬质合金或陶瓷基体上;在基体上预先沉积纯Ta作为过渡层。

沉积时,真空度优于3.0×10-3Pa,以氩气起弧,氮气为反应气体,溅射气压0.3Pa、氩氮流量比10:(2-5);

Ta靶功率为150-250W,Ag靶功率为0-40W。

当Ag含量为0.86at.%时,复合膜的硬度达到最大值,为29GPa;

当Ag含量为6.4at.%时,室温摩擦系数低至0.52;

对Ag含量为6.4at.%的TaAgN复合膜进行高温干切削实验(室温至750℃),在750℃时摩擦系数最低,为0.39。

根据薄膜的主要成分,将该薄膜命名为TaN-Ag,该薄膜具有高硬度和良好的摩擦磨损性能。

附图说明:

图1为本发明TaN-Ag薄膜中Ag含量与Ag靶功率的变化关系曲线。由图可知,Ag含量随靶功率的增加而增加;

图2为本发明TaN-Ag复合膜的XRD图谱,加入Ag元素后,加入Ag元素后,TaN-Ag复合膜和TaN薄膜的微结构相近,都是由面心立方结构的TaN相和底心斜方的Ta4N相组成,TaN-Ag复合膜中没有出现Ag的衍射峰。

图3为本发明TaN-Ag复合膜硬度与Ag含量的变化关系。复合膜的硬度随Ag含量的增加先升高后降低。当Ag含量为0.86at.%时,硬度最高为29GPa;当Ag含量高于0.86at.%时,薄膜的显微硬度逐渐下降;可知加入少量Ag元素后,薄膜的硬度提高很多,可以用作高硬材料;

图4为本发明室温下TaN-Ag复合膜的摩擦系数与Ag含量的变化关系。可见,TaN-Ag复合膜的平均摩擦系数随Ag含量的增加先保持稳定后减小;当Ag含量为6.4at.%时,平均摩擦系数达到最小值,为0.52;

图5为本发明TaN-Ag复合膜干切削实验下平均摩擦系数随摩擦温度变化关系。可见,随温度升高,复合膜的平均摩擦系数逐渐降低,750℃时,摩擦系数为0.39。

具体实施方式

以下将结合实施例具体说明本发明的制备方法,具体如下:

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