[发明专利]一种具有高耐磨损能力的TiAlSi/TiAlSiN多层交替涂层的制备方法

说明书

一种具有高耐磨损能力的TiAlSi/TiAlSiN多层交替涂层的制备方法，涉及一种TiAlSiN涂层的制备方法。本发明是要解决现有的TiAlSiN涂层的耐磨性差的技术问题。本发明提出的TiAlSi/TiAlSiN多层交替涂层的制备方法，使用TiAlSi合金阴极靶材，通过改变通入的氮气来实现涂层成分的改变，从而制备多层交替涂层，提高涂层的工业应用性。由于TiAlSi合金的硬度较低，TiAlSiN涂层硬度较高，使用该种方法制备得到的软硬交替涂层，可以很好地缓解涂层应力，改善涂层塑韧性，提高涂层的耐磨性，对于提高刀具涂层的使用寿命具有重大意义。

技术领域

本发明涉及一种TiAlSiN涂层的制备方法。

背景技术

TiAlSiN涂层作为一种硬质合金涂层，因其高硬度和高耐磨性在硬质涂层领域具有重要的应用前景，能够显著提高涂层刀具的使用寿命和切削能力，极大提高工业生产效率，推动制造业的发展进程。但是涂层的高硬度使其本身的韧性较差，与基体材料的结合性能也比较差，在加工制造中容易产生磨损，耐磨性差，从而影响刀具的使用寿命。耐磨损性能是刀具涂层材料的重要性能指标，提高涂层耐磨性对于提高涂层的应用性具有至关重要的作用。

改善涂层耐磨性的常用方法主要有：添加润滑相以降低材料本身的摩擦系数；预先制备过渡层以改善膜基结合性能；制备多层涂层以改善涂层材料的塑韧性。对于TiAlSiN涂层，目前的研究多数是先在基体表面镀一层TiN、TiAlN或TiSiN的方法来改善涂层与基体的膜基结合性能，主要是通过改变阴极材料组分实现涂层成分的过渡，涂层制备工艺相对比较复杂。

发明内容

本发明是要解决现有的TiAlSiN涂层的耐磨性差的技术问题，而提供一种具有高耐磨损能力的TiAlSi/TiAlSiN多层交替涂层的制备方法。

本发明的具有高耐磨损能力的TiAlSi/TiAlSiN多层交替涂层的制备方法是按以下步骤进行的：

一、清洗基体并安装基体：使用YG8硬质合金作为镀膜基体，将基体表面抛光至镜面，然后将基体依次使用丙酮和酒精各超声清洗10min～15min；选择等离子体浸没离子注入与沉积设备作为镀膜设备，所述的等离子体浸没离子注入与沉积设备设置有45°磁过滤弯管和弧源系统；将清洗后的基体安装在等离子体浸没离子注入与沉积设备的靶台上，且正对着45°磁过滤弯管的出口，将TiAlSi合金阴极靶材安装在弧源系统中；

二、溅射清洗基体：使用机械泵和分子泵对真空室抽真空至气压为6×10^-3Pa～7×10^-3Pa，通入50sccm～55sccm的氩气，通过分子泵控制真空室的气压保持在0.5Pa～0.55Pa；使用射频电源使氩气发生电离，并且在基体和真空室器壁间加6kV～6.5kV的电压，频率为100Hz～110Hz，脉宽为60μs～65μs，对基体进行溅射清洗以确保基体表面清洁，溅射清洗时间为30min～35min；

三、①、溅射清洗结束后，关闭射频电源，停止通入氩气，通入50sccm～55sccm的氮气，通过分子泵控制真空室的气压保持在0.3Pa～0.35Pa；

②、停止通入氮气，气压值降低至8×10^-3Pa～1.2×10^-2Pa，在基体和真空室器壁间加15kV～16kV的电压，频率为100Hz～110Hz，脉宽为60μs～65μs，启动弧源系统，起弧方式为接触起弧，使阴极电弧燃烧，调节电弧电流为45A～55A，电弧电压为20V～30V，在45°磁过滤弯管上施加10V～20V的偏压，45°磁过滤弯管外壁上施加2A～3A的磁场，镀膜2min～3min，偏压和磁场的施加是为了使等离子体能够更好地引出，电弧燃烧形成的等离子体从弯管处引出，经电场加速作用到基体上，制备得到TiAlSi涂层；