[发明专利]一种AlCrN/AlCrYN多元多层涂层及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种AlCrN/AlCrYN多元多层涂层的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：

S1：直流刻蚀：打开加热器将腔室升温至400~500℃，将真空室抽真空至真空度5×10^-3Pa以下；然后对置于工件转架的衬底基体进行直流刻蚀，通入150 sccm的Ar气和100 sccm的Kr气，调节腔压至0.6 Pa，设置工件转架偏压-200 V，设定离子源电流为30 A，刻蚀时间30~50 min；

S2：沉积AlCrN过渡层：将经步骤S1处理后的基体在脉冲电弧腔室中沉积AlCrN过渡层，AlCr靶材由脉冲电流输入阴极控制，将偏压调至-90~-160 V，通入250~500 sccm的N₂气，点燃AlCr靶，调节腔压至1~3 Pa，真空腔室温度300~ 450℃，脉冲电流输出波形为矩形波或锯齿波，输出的脉冲平均电流为50~90 A，脉冲为频率：5~200 Hz，占空比：1~60 %，沉积0.1 ~1 μm厚的AlCrN过渡层10~40 min；

S3：沉积AlCrN/AlCrYN功能层：利用AlCr靶和AlCrY合金靶在真空腔室内交替沉积AlCrN中间层与AlCrYN中间层形成AlCrN/AlCrYN功能层，调节工件转架的公转速度0.5~5r/min，将偏压调至-90~-160 V，通入250 ~ 500 sccm的N₂气，调节腔压至1~3 Pa，真空腔室温度300~ 450℃，脉冲电流输出波形为矩形波或锯齿波，输出的脉冲平均电流50~90 A，频率：5~200 Hz，占空比：1%~60 %，沉积时间1~4 h；

S4：关闭电弧电源，待真空腔室温度降至室温，形成AlCrN/AlCrYN多元多层涂层，打开真空室取出样品；

所述涂层由下到上包括衬底基体、AlCrN过渡层和AlCrN/AlCrYN功能层；AlCrN/AlCrYN功能层是由调制比为1:2的AlCrN中间层与AlCrYN中间层交替沉积而成，调制周期为15~50nm；AlCrN/AlCrYN功能层中各元素的原子百分比含量：Al: 12~30 at.%, Cr: 14~33 at.%,Y: 1~5 at.%, N:47~57 at.%。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S1所述衬底基体在使用之前先将基体表面抛光处理后在丙酮和无水乙醇中超声波清洗10-20 min。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：步骤S2和S3中所述AlCr靶的各元素原子百分比为Al：30 ~70 at.%，Cr：30~70 at.%；所述AlCrY合金靶的各元素原子百分比为Cr：28～70 at.％，Al：30～70 at.％，Y：2～10 at.％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述AlCrN过渡层厚度为0.1~1 μm，AlCrN/AlCrYN功能层厚度为2~ 6 μm。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述衬底基体为WC-Co硬质合金或高速钢刀具。