[实用新型]一种物理气相沉积Ta‑C涂层及设有该涂层的工件

说明书

技术领域

本实用新型涉及金属工具、塑胶模具表面改性领域，具体涉及一种物理气相沉积Ta-C涂层。

背景技术

随着先进制造技术的高速发展，对刀具、模具及机械零部件在精度、使用寿命和功能上提出了更高的要求，特别是它们的表面质量决定了被加工产品的合格率、生产效率，以及机械设备零部件的性能等。大量实践证明，气相沉积硬质涂层是一种能有效改善和提高材料表面性能的方法。近十年来气相沉积技术，尤其是物理气相沉积(Physical Vapor Deportation，简称PVD) 技术取得了突飞猛进的发展，各类PVD技术制备的TiN，TiCN，TiAlN、DLC 等涂层极大的提高了材料表面的各类使用性能，如耐磨、减摩、抗腐蚀、抗冲击和抗氧化性能等。硬质涂层技术的运用使各类刀具、模具及机械耐磨件在性能与效益方面发挥更大的优势，具有巨大的应用潜力。

实用新型内容

本实用新型的目的是制备一种Ta-C(tetrahedral amorphous carbon，四面体非晶碳，或称四面体无定型无氢非晶碳)多层涂层。

本实用新型结合辉光放电和离子溅射技术，采用物理气相沉积制备Ta-C 涂层。

本实用新型提供一种Ta-C涂层，所述Ta-C涂层包括Ti打底层、Ti和碳的结合体层、四面体无定型无氢非晶碳层，所述Ti打底层、Ti和碳的结合体层以及四面体无定型无氢非晶碳层依次设置在基体上。

优选地，所述Ta-C涂层厚度为2.5-3μm，其中，Ti打底层厚度为 0.1-0.15μm，Ti和碳的结合体层厚度为0.1-0.15μm，四面体无定型无氢非晶碳层厚度为2.2-2.7μm。

本实用新型还提供一种工件，所述工件上涂设有上述的Ta-C涂层。

本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供了一种物理气相沉积Ta-C涂层，本实用新型的涂层硬度可达HV5000，接近于金刚石的硬度。本实用新型的Ta-C涂层应用于软金属加工刀具及塑胶成型模具，可以显著减少磨损、抑制粘着、提高刀具及模具使用寿命。

附图说明

图1是本实用新型的Ta-C涂层及其制备示意图；

图2是本实用新型实施例的制备物理气相沉积Ta-C涂层的设备炉腔的结构示意图；

图3是本实用新型实施例2的球阀涂层前的照片；

图4是本实用新型实施例2的Ta-C涂层后的球阀整机的照片；

图5是本实用新型实施例2的Ta-C涂层后的球阀整机进行启闭热态耐久性试验的照片；

图6是本实用新型实施例3的Ta-C涂层硬质合金铣刀的照片。

具体实施方式

本实用新型提供一种物理气相沉积Ta-C涂层，以及设置了所述Ta-C涂层的工件。

物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)是一种真空条件下采用物理方法，将固体或液体材料表面气化成气态原子，分子或部分电离成离子，在机体表面沉积具有某种特殊功能薄膜的技术。该工艺具有无污染，耗材少，成膜均匀致密等优点。利用该工艺制备的Ta-C(四面体非晶碳)涂层应用于机械零部件、塑胶模具以及软金属加工刀具，可以显著提高其使用寿命及加工性能。

请参见图1，本实用新型的Ta-C涂层，包括Ti打底层、Ti和碳的结合体层以及四面体无定型无氢非晶碳层，并且所述Ti打底层、Ti和碳的结合体层以及四面体无定型无氢非晶碳层依次设置在基体上。并且优选地，所述Ta-C 涂层厚度为2.5-3μm，其中，Ti打底层厚度为0.1-0.15μm，Ti和碳的结合体层厚度为0.1-0.15μm，四面体无定型无氢非晶碳层厚度为2.2-2.7μm。图1同时可见，该涂层的制备气氛中同时存在碳、钛、氩离子。

本实用新型制备的Ta-C涂层主要用于机械零部件、塑胶模具以及软金属加工刀具，用于提升基体表面的硬度，涂层硬度达到HV5000。由于Ta-C涂层硬度过高，涂层与基体硬度不匹配，容易造成基体结合力差，因此，本实用新型通过在涂层与基体之间引入过渡性涂层(Ti打底层、Ti和碳的结合体层)，缓和了Ta-C涂层与基体间因物理性质的差异，也缓解了涂层与基体之间的应力集中。此外，对于金属切削加工刃具而言，在金属切削加工过程中受交变载荷的影响，容易产生疲劳应力。若只在刀具表面制备单层Ta-C涂层，表面涂层易受疲劳载荷及交应力的影响产生疲劳裂纹。随着切削加工过程的持续，裂纹容易沿着刀具表面扩展，并最终剥落。本实用新型的多层涂层不仅可以使裂纹扩展距离增加，还可以对裂纹扩展起到良好的阻碍作用。