[发明专利]一种AlTiN涂层及其制备方法

说明书

本申请公开了一种AlTiN涂层及其制备方法，AlTiN涂层由Cr轰击植入层、CrN过渡层和AlTiN表面功能层组成，该AlTiN涂层与基体的结合力足够强，不易产生剥落现象，在高温下的摩擦系数较小。该制备方法包括清洗基体工序、刻蚀工序、沉积Cr轰击植入层工序、沉积CrN过渡层工序、沉积AlTiN表面功能层工序和冷却工序，在三个具体沉积工序中，应用阴极脉冲电弧技术，通过调整脉冲电弧电源输出电流最大值、最小值、占空比、频率，使得在脉冲放电期间能够产生更高密度的等离子体，相比传统电弧离子镀技术制备的AlTiN涂层，本实施例制备的AlTiN涂层具有涂层表面粗糙度明显改善、表面大颗粒数量明显减少、膜层致密性更紧密、膜基结合力更高和高温下摩擦系数更低等优点。

技术领域

本发明涉及刀具涂层技术领域，尤其涉及一种AlTiN涂层及其制备方法。

背景技术

刀具涂层自20世纪70年代起经历了跨越式发展，其中以TiN为代表的第一代涂层具有较高的硬度和耐磨性，显著提高了刀具加工效率和表面质量，得到广泛的应用。但TiN涂层在温度超过600℃时便被氧化，出现硬度下降、涂层脱落等现象。因此，TiN涂层已经无法满足现代切削加工的要求。

与TiN涂层相比，AlTiN涂层除了具有硬度高、氧化温度达800以上的优点外，还具有膜基结合强度高、摩擦系数小、热导率低等特点，尤其适用于高速切削高温合金钢、不锈钢、钛合金、镍基合金等材料。鉴于AlTiN涂层在高温性能方面所表现出的优势，其有望逐渐替代TiN涂层。

现有技术提供的AlTiN涂层，包括CrN过渡层和AlTiN表面功能层。然而，由于CrN过渡层中各元素的原子百分比含量不理想，导致AlTiN涂层与基体的结合力不足，容易产生剥落现象；AlTiN表面功能层中各元素的原子百分比含量不理想，导致AlTiN涂层在高温下的摩擦系数仍然较大。

现有技术还提供了一种采用电弧离子镀技术制备AlTiN涂层的方法，因电弧离子镀具有沉积速率高和膜基结合强度高等优点，该方法已经成为制备AlTiN涂层的主要方法之一。但是，该方法在沉积工序时，由于电弧离子镀输出电流为恒定值，使得产生的等离子体密度不够高，因此导致电弧离子镀沉积的AlTiN涂层表面粗糙、大颗粒数量较多，使用该方法制备的AlTiN涂层在高温下摩擦系数大、更容易磨损。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AlTiN涂层及其制备方法，该AlTiN涂层与基体的结合力足够强，不易产生剥落现象，在高温下的摩擦系数较小，该制备方法可以解决现有技术沉积的AlTiN涂层表面粗糙、大颗粒数量较多，高温下摩擦系数大、更容易磨损的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种AlTiN涂层，包括沉积在基体上依次层叠的Cr轰击植入层、CrN过渡层和AlTiN表面功能层；

所述CrN过渡层中各元素的原子百分比含量为：Cr占40～70at％，N占30～60at％；

所述AlTiN表面功能层中各元素的原子百分比含量为：Al占20～40at％，Ti占15～35at％，N占30～60at％。

可选的，所述Cr轰击植入层的厚度为0.2～0.8μm，所述CrN过渡层的厚度为0.5～1.2μm，所述AlTiN表面功能层的厚度为2～4μm。

可选的，所述基体为WC-Co硬质合金或高速钢。

一种制备如上所述AlTiN涂层的制备方法，包括清洗基体工序、刻蚀工序和沉积工序，所述沉积工序包括以下工序：