[发明专利]电弧离子镀-磁控溅射复合沉积高温耐磨减摩AlTiN纳米多层涂层及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种电弧离子镀-磁控溅射复合沉积高温耐磨减摩AlTiN纳米多层涂层，其特征在于：所述纳米多层涂层由下到上包括硬质合金基体、金属AlTi结合层、AlTiN过渡层和AlTiN功能层；AlTiN功能层是由调制比为1:1～10:1的电弧离子镀AlTiN中间层与磁控溅射AlTiN中间层交替沉积而成，调制周期范围是5～25nm；金属AlTi结合层中各元素的原子百分比含量为：Al:50～70at.％，Ti:30～50at.％；AlTiN过渡层、电弧离子镀AlTiN中间层与磁控溅射AlTiN中间层中各元素的原子百分比含量均为：Al:20～28at.％，Ti:18～22at.％，N:45～55at.％。

2.根据权利要求1所述的一种电弧离子镀-磁控溅射复合沉积高温耐磨减摩AlTiN纳米多层涂层，其特征在于：所述金属AlTi结合层、AlTiN过渡层和AlTiN功能层的厚度分别为100～500nm、0.5～2.0μm和2～10μm。

3.根据权利要求1所述的一种电弧离子镀-磁控溅射复合沉积高温耐磨减摩AlTiN纳米多层涂层的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：首先在硬质合金基体上表面沉积金属AlTi结合层；然后在金属AlTi结合层上电弧离子镀沉积AlTiN过渡层；最后在AlTiN过渡层上通过电弧离子镀-磁控溅射复合沉积AlTiN功能层。

4.根据权利要求1所述的一种电弧离子镀-磁控溅射复合沉积高温耐磨减摩AlTiN纳米多层涂层的制备方法，其特征在于具体包括以下操作步骤：

(1)首先在硬质合金基体表面上通过电弧离子镀沉积金属AlTi结合层，以解决硬质合金基体与涂层之间热膨胀系数失配的问题：打开加热器将真空室升温至400～500℃，对真空室抽真空至真空度在1.0～5.0×10^-3Pa以上；然后通入100～200sccm的Ar气，设置工件支架偏压-1000～-1200V，对硬质合金基体表面进行溅射清洗，轰击时间5～15min；再将偏压降至-700～-800V，点燃AlTi靶，靶材电流60～150A，用高能AlTi电弧离子轰击硬质合金基体10～15min，在硬质合金基体上表面沉积了金属AlTi结合层；

(2)电弧离子镀沉积～1μm厚的AlTiN过渡层：将偏压调至-80～-200V，通入100～300sccm的N₂气，调节气压至1.0～3.0Pa，点燃AlTi电弧靶，在金属AlTi结合层上电弧离子镀沉积AlTiN过渡层，沉积时间为10～30min；

(3)电弧离子镀-磁控溅射复合沉积AlTiN功能层：通入Ar和N₂混合气体，氮气与混合气体的分压比范围是40％～80％，混合气体的总气压在0.5～3.0Pa，同时点燃AlTi电弧靶和AlTi磁控靶，以1～4rpm的转速让样品转架开始公转，在AlTiN过渡层上通过电弧离子镀AlTiN中间层与磁控溅射AlTiN中间层交替沉积来制备复合沉积AlTiN功能层；电弧靶的靶电流为60～150A，磁控靶的功率为5～20Kw，沉积偏压为-60～-150V，沉积时间2～8小时，在AlTiN过渡层上复合沉积了AlTiN功能层。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)所述硬质合金基体在使用之前先将基体抛光处理，然后先后用丙酮、酒精分别超声清洗10～20min，再用氮气吹干后装入真空室内备用。

6.根据权利要求1所述的电弧离子镀-磁控溅射复合沉积高温耐磨减摩AlTiN纳米多层涂层在切削刀具中的应用。