[发明专利]一种TiB2/AlTiN复合涂层及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于表面防护相关涂层材料技术领域，更具体地，涉及一种TiB₂/AlTiN复合涂层及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会的发展和工业技术的进步，工业领域对材料的性能提出了越来越高的要求，在很多工程应用场合要求材料具有优异的综合性能；不仅要求其具有高的硬度、耐腐蚀性能，还要求其具有低的摩擦系数、良好的高温稳定性等。为满足日益复杂多样的工程需求，在材料表面涂覆一层硬质涂层，以提高材料的综合性能的保护性涂层应运而生。硬质涂层能改善材料的表面性能，减少与工件的摩擦和磨损，有效的提高材料表面硬度、韧性、耐磨性和高温稳定性，大幅度提高涂层产品的使用寿命。硬质涂层是提高材料表面性能的一种经济实用的手段，目前在机械加工，特别是在金属切削中占有重要的地位。其发展适应了现代制造业对金属切削刀具的高技术要求，引起了刀具材料和性能的巨变，可被广泛应用于机械制造、汽车工业、纺织工业、地质钻探、模具工业、航空航天等领域。

二硼化钛(TiB₂)作为过渡族金属硼化物，具有高硬度、高熔点、高的耐磨性和耐腐蚀性、良好的电导率和热导率、化学稳定性优良等一系列优异的理化性能，是一种具有优良的结构性能和功能性能的先进陶瓷材料。然而由于TiB₂涂层韧性较差、抗高温氧化性能不够理想，限制了其在刀具切削领域的应用。因此，如何在保持TiB₂优异性能的同时，降低其残余应力和热导率，提高其抗冲击韧性，获得硬度高、韧性好、附着力强、纵向热导率低等综合性能优的TiB₂涂层是一个重要的科学问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提供一种TiB_2/AlTiN复合涂层，该复合涂层具有高硬度、高耐摩擦性能、低应力、良好韧性和抗高温氧化性能及各向异性热导率等综合特性优异。

本发明的另一目的是提供一种上述TiB₂/AlTiN复合涂层的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述TiB₂/AlTiN复合涂层的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案予以实现：

一种TiB₂/AlTiN复合涂层，所述TiB₂/AlTiN复合涂层是以TiB₂陶瓷靶和AlTi溅射靶为原料，通过多靶磁控溅射在基体上溅射沉积形成交替的TiB₂层和AlTiN层。

优选地，所述基体为单晶硅片、玻璃、高速钢或硬质合金。

优选地，所述TiB₂/AlTiN复合涂层的层数为10～100层，所述AlTiN层和TiB₂层的调制周期厚度为0.1～1μm。

上述TiB₂/AlTiN复合涂层的制备方法，包括如下具体步骤：

S1.清洗基体：将经抛光处理后的基体送入超声波清洗机，依次用丙酮、无水乙醇以15～30kHz分别进行超声清洗10～20min，然后用去离子水漂洗，再用纯度≥99.5％的普氮吹干；

S2.抽真空和离子束刻蚀清洗镀膜腔体：将超声清洗后的基体置于真空室的工件支架上，抽至真空度5.0×10^-3～8.0×10^-4Pa，随后开启离子源，向离子源通入80～100sccm氩气，设置离子源的功率为0.9kW，设置工件支架的偏压为-300～-500V，刻蚀清洗过程持续20～30min；

S3.离子束刻蚀基体：将基体至于离子源前方，设置偏压为-300～-500V，工作时间为15～20min；