[发明专利]一种离子镀制备TiAlSiCN涂层的方法

说明书

本发明涉及一种多元素涂层的制备方法，采用多弧离子镀TiAlSiCN涂层，属于先进材料制备领域。将前处理后的基体放入镀膜机真空室进行离子清洗、制备TiN过渡涂层、制备TiAlSiCN涂层，再对制备好的TiAlSiCN涂层进行抛光处理。本发明所述的方法制备出的TiAlSiCN超硬涂层，在一定程度上能解决目前机械加工中由于刀具硬度不高而引起的刀具寿命短的问题。

技术领域

本发明涉及一种多元素涂层的制备方法，采用多弧离子镀TiAlSiCN涂层，属于先进材料制备领域。

背景技术

目前，多弧离子镀是采用电弧放电的方法，在多个固体的阴极蒸发源上直接蒸发靶材，是一种常见的制备超硬涂层的方式，并在TiN，TiC等硬质涂层的制备上获得成功应用。

TiN是最早在应用在工业领域的硬质涂层，但是TiN涂层也暴露出氧化温度低(450℃)，热硬度低等问题；微观上，TiN涂层多呈柱状结构，导致涂层存在着贯穿整个涂层的孔隙，从而降低对基体的保护力度，尤其不耐碱腐蚀。与之相比，TiN基多元涂层有着比之更优异的性能，目前以TiN基衍生出来的多元、多层涂层是国内外学者、实验室在工业领域研究的热点问题之一，其中TiAlSiN为代表的纳米级复合涂层以其极高的硬度及优良的抗氧化性等优点而吸引了广泛的研究，因Si不溶于TiAlN晶包，非晶状态的Si₃N₄相会位于TiAlN的晶界处，从而抑制晶粒的生长，所以Si元素的加入具有细化晶粒、提高涂层硬度的作用。美国西南研究院早在2007年就采用等离子增强磁控溅射法(PEMS)制备了TiSiCN涂层。此后国外开始尝试在TiSiCN涂层中加入高温性能优异的Al元素，以期能进一步提升此TiN基多元涂层在高温下的表现。

发明内容

本发明是提供一种采用多弧离子镀技术制备TiAlSiCN超硬涂层的方法。下文所述的方法与装置能制备出TiAlSiCN超硬涂层，在一定程度上能解决目前机械加工中由于刀具硬度不高而引起的刀具寿命短的问题。

本发明提供的采用多弧离子镀制备超硬涂层TiAlSiCN的方法依次包括：

1确定制备技术

选择采用多弧离子镀作为TiAlSiCN涂层的制备技术。

2前处理

将基体经80～120#砂纸和金相砂纸打磨，再抛光至镜面，去除表面污染层，在酒精和丙酮溶液中，各超声清洗15min，去除表面灰尘及油污，用烘干机充分干燥后快速放入镀膜机真空室，真空室保持真空度10^-4Pa，加热至200℃，保温30～40min。

3离子清洗

通入Ar，真空室内压力0.6～1.5Pa，开启偏压电源，电压900V，占空比0.2，辉光放电清洗15min，偏压降低至500V，开启离子源离子清洗15min，开启电弧源，偏置电压400V，靶电流60A，离子轰击Ti靶30s。

4制备TiN过渡涂层

停止通入Ar，对镀膜真空室抽真空至0.5～0.6Pa，打开N₂流量阀，控制气流量为220ml/min，Ti靶通电，偏置电压保持在100～130V，电流50A，沉积时间6～8min，可得到厚度为1μm的TiN过渡涂层。

5制备TiAlSiCN涂层

继续通入N₂，打开Ar流量阀，控制Ar与N₂流量之比为1:2，向真空室内输入混合气体，保持真空室内气压1.0～1.2Pa，AlTi靶通电，调整偏压为130V，电流180A；SiTi靶通电，偏置电压80V，电流160A；TiC靶通电，偏置电压130V，电流13～14A；保持此状态，沉积时间1.5h。