[发明专利]一种高温耐磨CrAlSiON基纳米复合涂层及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种高温耐磨CrAlSiON基纳米复合涂层，其特征在于，包括AlTiN过渡层、CrAlSiN支撑层和CrAlSiON功能层；所述AlTiN过渡层中各元素的原子百分比含量为：Al: 25~35 at.%，Ti:15~20 at.%，N: 25~45 at.%，各元素组成百分比总量为100%；所述CrAlSiN支撑层中各元素的原子百分比含量为：Al: 25~30 at.%，Cr: 20~25 at.%，Si: 1~10 at.%，N: 45~50 at.%；所述CrAlSiON功能层中各元素的原子百分比含量为：Al: 20~35 at.%，Cr: 10~20 at.%，Si: 2~12 at.%，O: 5~43 at.%，N: 10~53 at.%。

2.根据权利要求1所述的高温耐磨CrAlSiON基纳米复合涂层，其特征在于，所述AlTiN过渡层、CrAlSiN支撑层和CrAlSiON功能层的厚度分别为1.5~3.5μm、0.5~2.5μm和0.5~2.5μm。

3.一种根据权利要求1或2所述的高温耐磨CrAlSiON基纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

S1.金属基体清洗：将金属基体抛光处理，然后先后用丙酮和酒精超声清洗10~20min，再用氮气吹干后装入真空室内；

S2.Ar和金属离子轰击：打开加热器升温至300~500℃，将真空室抽真空至真空度1.0~8.0×10^-3 Pa；然后通入200~300sccm的Ar气，设置工件支架偏压-800~ -1000V，对金属基体表面进行溅射清洗，轰击时间10~20min；再将偏压降至-600~ -800V，点燃AlTi靶，靶材电流60~150 A，用高能Al离子和Ti离子轰击金属基体3~15min；

S3.沉积AlTiN过渡层：采用电弧离子镀法，将偏压调至-100~ -200V，通入200~300sccm的N₂气，调节气压至1.0~3.0Pa，点燃AlTi靶，沉积AlTiN过渡层15~40min；

S4.沉积CrAlSiN支撑层：采用电弧离子镀法，通入N₂，控制气压在1.0~3.0Pa，点燃CrAlSi靶，靶材电流60~150 A，偏压-60~ -150V，沉积1~2 h；

S5.沉积CrAlSiON功能层：采用电弧离子镀法，通入O₂，控制气压在1.0~3.0Pa，点燃CrAlSi靶，靶材电流60~150 A，偏压-60~ -150V，沉积1~2 h；

S6.关闭电弧电源，待真空室温度降至室温，打开真空室取出金属基体，在金属基体表面形成的涂层，即为高温耐磨CrAlSiON基纳米复合涂层。

4.根据权利要求3所述的高温耐磨CrAlSiON基纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤S1、S2和S6中所述金属基体为硬质合金。

5.根据权利要求3所述的高温耐磨CrAlSiON基纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，所述高能Al离子和Ti离子为在偏压-600~-800V时得到的高能Al离子和Ti离子。

6.根据权利要求3所述的高温耐磨CrAlSiON基纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤S2和S3中所述AlTi靶的各元素原子百分比为Al：55~70at.%，Ti：20~35 at.%，各元素组成百分比总量为100%。

7.根据权利要求3所述的高温耐磨CrAlSiON基纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤S4和S5中所述CrAlSi靶的各元素原子百分比为Al：20~35 at.%，Cr：55~70at.%，Si：5~20 at.%。

8.根据权利要求3所述的高温耐磨CrAlSiON基纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，步骤S4中所述N₂占反应气体N₂和O₂总体积的75~98%，步骤S5中所述O₂占反应气体N₂和O₂总体积的2~25%。

9.权利要求1或2所述的高温耐磨CrAlSiON基纳米复合涂层在刀具和表面防护领域中的应用。