[发明专利]一种调制高功率脉冲磁控溅射制备AlCrN涂层的方法

说明书

本发明提供一种调制高功率脉冲磁控溅射制备AlCrN涂层的方法，属于真空技术领域。具体地说，是利用调制高功率脉冲磁控溅射技术，通过优化工艺参数，反应磁控溅射制备AlCrN涂层，与现有制备技术相比，该技术能够获得组织致密、表面光滑、优异力学性能、高温热稳定性、具有优异高速切削性能的AlCrN涂层，是一种具有良好应用前景的高性能硬质涂层制备技术。

技术领域

本发明涉及一种调制高功率脉冲磁控溅射制备AlCrN涂层的方法，属于真空技术领域。

背景技术

随着现代制造对材料加工高效率，高质量，绿色切削等要求的提出，难加工材料(如淬硬钢)的切削条件越来越苛刻。同时也促使着刀具涂层材料和涂层技术不断的发展来提高涂层质量，以满足日益苛刻的需求。改善刀具涂层的性能主要可以通过两个方面提高：一是在涂层中添加新的化学元素，二是通过涂层技术的选择和沉积的参数优化。

TiAlN和AlTiN是将Al元素沉积到TiN中而形成的物理气相沉积(PVD)刀具涂层。迄今为止，通过增加TiAlN、AlTiN涂层中的铝含量，从而增强刀具涂层的耐高温性能和硬度，一直是刀具制造商和涂层公司关注的重大技术课题。由于受到涂层结构稳定性的限制，AlTiN涂层中的铝含量实际已达到最大值(约65％)。在TiN基涂层中，铝含量过高会引起涂层晶体结构由立方晶格转化为六方晶格：而在CrN基涂层中，铝含量可以进一步提高而不会引起AlCrN涂层的晶体结构发生改变，具有更高的红硬性和抗氧化性，被认为更适合应用于干切削，是现在新兴的高性能硬质涂层。

除了涂层成分，涂层性能很大程度还取决于涂层的制备技术，不同技术制备的涂层性能差异甚大。PVD技术由于沉积温度低，对环境无不利影响易于控制涂层成分与结构等优点已成为目前制备刀具应用硬质涂层最多最广泛的方法。其中用于硬质涂层沉积的PVD技术主要是磁控溅射和电弧离子镀两类。传统的电弧离子镀技术离化率高，可以获得接近90％的离化率和较快的沉积速率，具有优良的膜基结合力，是现阶段制备刀具涂层的主流技术，具有离化率高、适合工业化大面积生产的优点，在负偏压加速下，沉积膜层结合力好，组织致密，沉积速率高，目前已被广泛用于刀具切削硬质耐磨涂层和高温防护涂层。但是涂层表面的液滴大颗粒极大地影响涂层性能和涂层刀具的使用寿命。

近些年发展起来的高功率脉冲磁控溅射技术(High Power Impulse MagnetronSputtering，HIPIMS)可以提高沉积薄膜的致密性和膜基结合力，尤其是对于形状复杂工件的沉积、反应的控制、沉积涂层到不同区域等有重要意义。但相对于传统的直流磁控溅射及多弧离子镀技术来说，HIPIMS仍有沉积速率较低，放电稳定性、可控性有待改善等不足存在。为改善上述问题，调制高功率脉冲磁控溅射(MPP或HIPIMS⁺)技术通过微脉冲调控脉冲位形，采用分段式脉冲，低电压段引燃等离子体，高电压段可以在比传统高功率脉冲溅射脉冲低很多的情况下获得较高的等离子体密度和离化率，降低峰值电流和峰值功率约一个量级，而脉冲宽度拓宽至ms级，最大可达3ms，占空比达28％，从而脉冲作用时间内电压保持恒定，提高了高功率脉冲磁控溅射的稳定性和可控性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种调制高功率脉冲磁控溅射制备AlCrN涂层的方法，所述方法具有良好工艺重复性，容易实现工业化生产，制备出的AlCrN涂层具有表面光滑、组织致密、优异力学性能、高温热稳定性、优异的高速切削性能等优点，沉积涂层刀具适用于高速条件下的高硬度钢材料切削加工的特点。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种调制高功率脉冲磁控溅射制备AlCrN涂层的方法，所述方法的具体步骤为：