[发明专利]一种提高硬质合金表面钛铝氮涂层强韧性的方法

权利要求书

1.一种提高硬质合金表面钛铝氮涂层强韧性的方法，其特征在于：包括以下步骤，

（1）硬质合金试样预处理：将硬质合金试样进行机械研磨、抛光，然后依次浸入丙酮、酒精和蒸馏水中分别进行超声波清洗各5~20 min，冷风吹干备用；

（2）将预处理好的硬质合金试样放入双辉等离子渗金属真空室样品台上，采用金属钽作为靶材，靶与样品之间的距离为10~15 mm；将纯度为99.9%，直径2~4mm、长20mm的钽丝嵌入到50×50×3 mm³方形不锈钢板内，悬挂靶材并调节靶材与硬质合金片样品之间的距离，放置好辅助阴极，关闭真空室；

（3）采用机械泵对真空室抽真空至2 Pa以下，然后通入氩气并调节氩气流量至工作气压为25~35 Pa，同时对源极与阴极施加电压并维持在200~300 V的压差，阴极电压高于源极电压，维持样品温度600~1000℃；反溅射清洗10~30 min；随后将源极与阴极电压反转，维持同样压差和样品温度，渗钽3~10 min，渗层制备完毕在流动氩气氛围内冷却2~3 h；

（4）取出渗钽样品装入磁控溅射设备的真空室基片台上，将粉末冶金制成的纯度为99.9%的圆柱形钛铝合金靶安装在直流脉冲磁控靶上，调节靶材与样品之间的距离，然后旋转样品台使基片台正对考夫曼离子源，关闭真空室；

采用直流脉冲磁控溅射制备钛铝氮层，钛铝合金靶材中钛铝原子的摩尔比为1:3~2:1，靶材与样品之间距离为10~15 cm；

（5）采用机械泵与分子泵对真空室抽真空至2.0×10^-3~5.0×10^-3 Pa，通入氩气，氩气流量为10~40 sccm，工作气压稳定在8×10^-2~3×10^-1 Pa时，开启考夫曼离子源电源对样品表面进行溅射清洗；溅射清洗时间0~5 min；

（6）清洗完毕后关闭离子源电源，通入氩气与氮气并调节氮气分压比，然后对样品施加负偏压，开启直流脉冲电源，调节功率制备钛铝氮涂层，沉积时间为60~100 min；调节氮气分压比为25%~50%，工作气压为0.2~0.8 Pa，样品施加偏压为-300~-400 V，直流脉冲电源功率为200~300 W；

（7）涂层制备完成后关闭直流脉冲电源与偏压电源，将流量调零并关闭流量计，关闭分子泵，向腔室内充气至真空室打开，取出样品。

2.根据权利要求1所述的提高硬质合金表面钛铝氮涂层强韧性的方法，其特征在于：步骤（3）中，采用双辉等离子渗金属技术制备钽过渡层，源极与阴极压差为200~300 V，工件温度维持在600~1000 ℃。

3.一种提高硬质合金表面钛铝氮涂层强韧性的装置，用于权利要求1~2任一项所述的提高硬质合金表面钛铝氮涂层强韧性的方法，其特征在于：包括磁控溅射镀膜装置和双辉等离子渗金属装置；

所述双辉等离子渗金属装置包括第一真空室，第一真空室顶部安装1个电阻规和第一混合气体进气通道，进气通道前端安装1个量程为100sccm的流量计；第一真空室底部安装第一抽气通道，抽气通道外部连接机械泵；第一真空室腔室接地，并在底部安装样品台，样品台连接直流脉冲电源并在其上放置辅助阴极罩，辅助阴极罩顶部悬挂置入源极，源极悬挂靶材，连接直流脉冲电源，辅助阴极维持渗金属气氛并保温；

所述磁控溅射镀膜装置包括第二真空室、考夫曼离子源、射频磁控溅射装置、直流脉冲磁控溅射装置、直流偏压装置；第二真空室侧壁安装考夫曼离子源，考夫曼离子源内设有离子源进气通道，离子源进气通道前端安装1个量程为100 sccm的流量计；第二真空室一侧设有射频磁控溅射装置，另一侧设有直流脉冲磁控溅射装置，射频磁控溅射装置连接射频电源，直流脉冲磁控溅射装置连接第二直流脉冲电源，第二真空室底部装有能调速360°旋转样品台，旋转样品台上固定有能调整距离的基片台并连接直流偏压电源；第二真空室腔室接地，并在底部安装第二混合气体进气通道，在第二进气通道前端安装2个量程为100sccm的流量计；第二真空室另一侧设有第二抽气通道；抽气通道外部连接机械泵和分子泵；机械泵和分子泵以及分子泵和第二真空室的连接管道处分别安装1个电阻规；第二真空室顶部安装1个电离规。