[发明专利]一种高温耐磨的AlCrSiN纳米复合涂层及其制备方法

说明书

本发明属于涂层制备技术领域，具体涉及一种高温耐磨的AlCrSiN纳米复合涂层及其制备方法。本发明通过采用脉冲电弧离子镀的方法，在基体表面由下至上依次沉积Cr界面植入层、CrN过渡层和AlCrSiN表面功能层。通过实验证明，通过上述技术方案得到的AlCrSiN纳米复合涂层不仅具有优异的高温稳定性和耐磨性能，还具有表面大颗粒少、内应力低、膜基结合强度高等优点，适用于机械零部件、刀模具等产品表面的防护。

技术领域

本发明属于涂层制备技术领域，具体涉及一种高温耐磨的AlCrSiN纳米复合涂层及其制备方法，尤其涉及一种采用脉冲电弧离子镀制备高温耐磨的AlCrSiN纳米复合涂层的方法。

背景技术

合成纳米复合材料作为一种具有独特性能的保护涂层，在过去的三十年中一直是一种新型的薄膜材料。迄今为止，基于纳米复合材料的几种硬质涂层已经成功地开发和应用于工程应用领域。

氮化物涂层在高温应用中的主要缺点是由于其抗氧化性能差而受到限制。为了提高其高温稳定性，将铝含量引入到涂层中。在T.Polcar等研究中(T.Polcar,T.Vitu,J.Sondor,A.Cavaleiro,Tribological performance of CrAlSiN coatings at hightemperatures,Plasma Process.Polym.6(2009)S935–S940.)曾比较两种氮化物涂层AlCrN和AlTiN，在从立方型结构到纤锌矿型结构的相变(Al/Cr的理论值为0.77)之前，AlCrN涂层中Al和Cr的最大比例(约0.6～0.8)比AlTiN涂层高得多，这使得AlCrN涂层表现出更好的抗氧化性。此外，AlCrN涂层还具有良好的机械强度，耐磨性和耐腐蚀性。因此，AlCrN在高温应用中是更好的选择。

在J.L.Endrino等研究中(J.L.Endrino,S.Palacín,et al.，Determination ofthe local environment of silicon and the microstructure of quaternary CrAl(Si)N films,Acta Mater.55(2007)2129–2135.)，发现将Si掺入AlCrN涂层中显著影响微观结构并提高其力学性能和摩擦学行为。在这些四元化合物中，Si倾向于将晶界的无定形SiN_x相隔离,形成纳米复合显微组织。正是这种微结构使AlCrSiN涂层具有更好的抗氧化、机械性能和耐磨性。此外，Si基润滑剂可以降低室温下AlCrSiN涂层的摩擦系数。

物理气相沉积(PVD)技术是制备各类薄膜、涂层的主要技术之一，主要包括磁控溅射和电弧离子镀。电弧离子镀(AIP)或称之为阴极真空弧沉积，是在真空环境下利用电弧放电蒸发作为镀料粒子源实现离子镀的一种方法，是离化率最高的离子镀形式，具有沉积速度快、膜基结合力高、薄膜致密度高和绕镀性好等优点，近年来被广泛应用于各类薄膜涂层的制备。中国专利CN201410728396公开了一种抗海水腐蚀多层复合结构的AlCrSiN薄膜及其制备方法，主要采用负偏压电弧离子镀的方法也就是脉冲偏压电弧离子镀技术，在基体表面由下至上依次沉积Cr界面打底层、CrN过渡层、AlCrN粘结层和AlCrSiN工作层，由该法得到的这类多层复合结构具有优异的耐海水腐蚀电化学性能。然而，这类方法具有电弧离子镀技术所存在的缺点：大颗粒污染；相对较高的沉积温度；薄膜内应力大；易引发微弧等。而且，这类方法还存在对偏压电源设备要求高，沉积温度不能准确控制，工艺稳定性差等缺点。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种采用脉冲电弧离子镀制备高温耐磨的AlCrSiN纳米复合涂层的方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种高温耐磨的AlCrSiN纳米复合涂层的制备方法，包括以下步骤：