[发明专利]铬-氮化铬复合涂层及其在纳米复合刀具的应用

说明书

本发明公开了一种铬‑氮化铬复合涂层、沉积有铬‑氮化铬复合涂层的纳米复合刀具及其制备方法，其中铬‑氮化铬复合涂层是由铬层和氮化铬层相互交替构成的多层涂层结构，该结构可应用于金属零件、刀具、模具等产品上，不仅可提高产品表面的硬度及耐腐蚀性能，还能使产品表面具有较好的抗冲击性能和耐磨性能。

技术领域

本发明涉及真空镀膜材料技术领域，具体涉及一种铬-氮化铬复合涂层及其在纳米复合刀具的应用。

背景技术

在模具或工具表面沉积一层硬质涂层，可提高材料的表面性能，是延长其使用寿命的一种有效途径。铬涂层和氮化铬涂层都可以采用PVD法和PECVD法在金属表面沉积为薄膜，铬具有高结合力、高硬度且与多种材料都具有很好的相融性等优点，而氮化铬具有极高硬度、低磨损率、极耐磨特性以及更高的化学稳定性，因此铬层和氮化铬层已被应用于各种模具及工具的表面涂层，可大大提升其工艺性能。

随着表面复合涂层技术的发展，其应用领域更加广泛，各领域对表面涂层的工艺性能提出了更高的要求，为了适应更为复杂的表面涂层，提高表面涂层与基底结合力、耐磨性能、抗冲击性能以及耐腐蚀性能的要求，将铬层与氮化铬层充分复合，发挥铬层作为结合力的中间层优势以及氮化铬层极佳性能优势，以适应现代工业技术的要求。

现有技术中的铬-氮化铬复合层的制作工艺精度不高，交替复合层的厚度过高，不仅未能达到产品要求的工艺性能，还影响了产品的外观质量。

发明内容

本发明的目的在于满足表面涂层更高的工艺性能要求，提供一种铬-氮化铬复合涂层，并将该复合涂层应用于纳米复合刀具上，可满足现代化刀具高硬度、高结合性、高化学稳定性、低磨损率以及良好的抗腐蚀性能要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种铬-氮化铬复合涂层，包括由铬层和氮化铬层相互交替构成的多层涂层，所述多层涂层中铬层与氮化铬层厚度相等且厚度范围为0.1～0.6μm。

本发明还提供了另一种铬-氮化铬复合涂层，包括由铬层和氮化铬层相互交替构成的多层涂层，所述多层涂层中最底层沿最顶层的厚度逐层降低，且最底层厚度为1～2μm，最顶层厚度为0.1～0.3μm。

进一步地，上述多层涂层中最底层为铬层或氮化铬层，最顶层为氮化铬层。

进一步地，所述氮化铬层中包括34～48％的Cr和42～62％的N。

本发明还提供了一种沉积有所述铬-氮化铬复合涂层的纳米复合刀具。

本发明还提供了一种所述纳米复合刀具的制备方法，先将表面洁净的刀具基体置于氩气环境、真空度为0.01～1Pa、-300V～-1000V偏压条件下的真空镀膜设备内进行辉光清洗5～35min；在辉光清洗完毕后，调整偏压至-50V～-300V，开启Cr靶，调整靶材电流为100～350A，以Cr离子高能轰击刀具基体1～10min，活化刀具基体表面；

刀具基体表面活化完毕后，采用PVD法在刀具基体表面沉积铬层，将刀具基体置于氩气环境、真空度为0.35～0.45Pa、脉冲偏压为80～150V、占空比为40％～60％的条件下，开启Cr靶，调整靶材电流为25～30A，在刀具基体表面沉积纯铬层，沉积厚度根据相应沉积时间调整；

在刀具基体表面沉积铬层后，采用PECVD法在铬层表面沉积氮化铬层，将镀有铬层的刀具基体置于氮气环境、真空度为0.4～0.45Pa、脉冲偏压为80～150V、占空比为50％的条件下，其中，氮气通过阳极离子源注入，阳极离子源加电压450～800V，再开启Cr靶，调整靶材电流为25～30A，对镀有铬层的刀具基体表面进行离子轰击，氮化铬层沉积完毕后，重复交替沉积铬层和氮化铬层，控制相应的沉积时间，得到具有多层涂层的纳米复合刀具。在PECVD过程中使用阳极层离子源将注入的氮气离子化，能够提高沉积炉体内整体离子化率，增加氮原子在层间的扩散，实现增强交替复合涂层铬层与氮化铬层间的结合力。