[发明专利]一种CrAlTiN涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种CrAlTiN涂层结构，其包括基体、AlCrTi合金过渡层和CrAlTiN涂层，AlCrTi合金过渡层与基体结合，CrAlTiN涂层与AlCrTi合金过渡层结合，所述CrAlTiN涂层是由AlN、CrN、Ti₉Al₂₃、Al₂Ti等纳米晶相构成的纳米晶复合结构涂层。这种含有多种纳米晶相的纳米晶复合结构保证了涂层的高硬度、耐磨性热稳定性和化学稳定性。CrAlTiN涂层厚度均匀且结构致密，与基体具有良好的结合强度。CrAlTiN涂层制备工艺重复性好，与多层膜相比，前者应用范围更广，实用性更强，尤其应用于复杂的零部件表面，具有独特优势。

技术领域

本发明属于材料表面涂层技术领域，具体涉及一种CrAlTiN涂层及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的迅速发展，如机械制造、汽车工业、地质钻探、模具工业、纺织工业、航空航天等领域，人们对机械部件要求的综合性能越来越高，往往单一材料的性能无法满足。对于高速切削刀具材料，要求高硬度、高强度、高韧性、耐磨性、高红硬性、化学稳定性和抗热冲击能力。单一材料往往不可能满足上述所有性能要求。常用的Ti N、Ti C、Cr N等单一硬质涂层的硬度、热稳定性、韧性、结合强度等性能在许多情况下已经无法满足需要。因此，一些常规的二元或三元涂层已经逐渐不能满足恶劣的切削条件对刀具保护性涂层提出的更高的要求。为了满足这一需求，人们尝试在三元涂层的基础上添加新的元素，制备出四元复合涂层，由于这类涂层具有高硬度、热稳定性高、低摩擦系数和耐磨耐损等优点，目前已成为涂层研究领域的热点。

近年来，为了进一步提高刀具涂层的高温硬度和抗氧化性能,改善涂层与基体的结合强度，使涂层刀具更适于切削等恶劣的加工条件，研究的重点已集中到纳米结构涂层体系。纳米晶结构涂层的出现使涂层的研究进入了新的领域(纳米领域)。研究表明，与传统的粗晶涂层相比，这类涂层具有优异的力学性能和物理性能。纳米晶硬度较高，细小的纳米晶内无法形成位错，因此，这种刀具涂层具有高的硬度、优异的耐磨性能和高温热稳定性，适合用于高速切削、干加工等工况。

本发明采用电弧离子镀技术在304不锈钢和单晶Si片上制备了CrAlTiN纳米晶结构涂层。该涂层具有较高的硬度、抗高温氧化性能和耐磨性。该涂层特别适合应用于现代高速干切削加工领域，进一步提高刀具的使役寿命，减少切削液的使用，实现绿色制造。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种CrAlTiN涂层及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种CrAlTiN涂层结构，其包括基体、AlCrTi合金过渡层和CrAlTiN涂层，AlCrTi合金过渡层与基体结合，CrAlTiN涂层与AlCrTi合金过渡层结合，所述CrAlTiN涂层是由AlN、CrN、Ti₉Al₂₃、Al₂Ti等纳米晶相构成的纳米晶复合结构涂层。

在上述技术方案中，CrAlTiN涂层的化学组成：49.66％N、36.54％Al、6.51％Ti和7.29％Cr。

在上述技术方案中，所述CrAlTiN涂层结构的制备方法为：

将真空室的本底真空抽至4.0×10^-3Pa，并预热至500℃，然后施加-800V直流偏压，向真空室内通入氩气流量为150sccm，对基体表面进行辉光放电清洗，工作压强保持在2.4Pa，放电清洗10min；