[实用新型]一种复合硬质薄膜

说明书

本实用新型公开了一种复合硬质薄膜，其特征在于：Ti层；TiN层，设于所述Ti层之上；耐磨层，设于所述TiN层之上，其中所述耐磨层包括周期性设置的复合结构，其中该复合结构包括至少一组依次层叠的CrTiZrN/CrZrC层与CrTiC/CrSiWN层，其中所述CrTiZrN/CrZrC层包括至少一组依次层叠的CrTiZrN层和CrZrC层，所述CrTiC/CrSiWN层包括至少一组依次层叠的CrTiC层和CrSiWN层。本实用新型还公开了一种制备上述复合硬质薄膜的制备方法。本实用新型的复合硬质薄膜具有硬度较高并且耐磨性能好、摩擦系数较低的优点，可以显著提高刀具的寿命，改善加工部件的表面质量。

技术领域

本实用新型涉及薄膜材料领域，具体涉及一种复合硬质薄膜。

背景技术

随着现代机械加工业的高速发展，难加工的材料越来越多，因此切削工艺特别是高速切削、干切削等工艺对切削刀具提出了越来越严格的要求，如高切削速度、高可靠性、长寿命、高精度和良好的切削控制性。切削刀具表面的保护性薄膜材料其具有的特点是：高温物理化学性能稳定，抗磨及抗腐蚀性能好，摩擦系数低，且薄膜与衬底有较高的结合强度等。

Ti金属涂层曾经被广泛地应用于各种刀具表面，其与刀具基底具有良好的结合能力，但是该涂层的整体硬度较低，且该涂层在使用过程中会被快速磨除，并不是理想的硬质涂层。

目前广泛应用的工业化硬质涂层包括TiN、CrN、CrC等薄膜，这些薄膜的一个致命弱点是内部应力高，使得薄膜之间的结合特性较差，不易厚膜化，极大地限制了它的应用范围。为了实现其厚膜化，许多科研工作人员从多方面进行了探索和研究。超晶格薄膜是由两种不同组元以纳米厚度交替重叠并保持严格周期性形成的多层材料。两种不同组元的材料的弹性模量不同，但其热膨胀系数和化学键的强度相似，晶格匹配良好，可实现厚膜化。目前多元掺杂制备超晶格薄膜如掺杂Sb、Na、Cr、Zr和W等金属元素，以及Si、U、和Cl等非金属元素来改善膜结合力以实现薄膜的厚膜化是技术研究的热点。

但是超晶格涂层与基底材料之间存在明显的成分突变，这种区域界面的成分突变将导致物理力学参数的突变，从而在附着面产生较大内应力，诱导裂纹的产生，导致涂层的破裂和剥落。

因此如何设计出一种高硬度、低摩擦系数、高耐磨性和耐腐蚀性的新型复合硬质薄膜以适应高质量的加工部件的需求，已经成为一个亟待解决的问题。

实用新型内容

为了解决现有技术中的不足，本实用新型旨在提供一种高硬度、低摩擦系数、高耐磨性和耐腐蚀性的新型复合硬质薄膜，以更好地提升切削刀具的工作性能，延长其使用寿命。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种复合硬质薄膜，包括：

Ti层；

TiN层，设于Ti层之上；

耐磨层，设于TiN层之上，其中耐磨层包括周期性设置的复合结构，其中该复合结构包括至少一组依次层叠的CrTiZrN/CrZrC层与CrTiC/CrSiWN层，其中 CrTiZrN/CrZrC层包括至少一组依次层叠的CrTiZrN层和CrZrC层，CrTiC/CrSiWN 层包括至少一组依次层叠的CrTiC层和CrSiWN层。

进一步地，Ti的厚度为200～600nm，TiN层厚度为100～300nm。

进一步地，复合结构中，CrTiZrN/CrZrC层的厚度为30～50nm，CrTiC/CrSiWN 层的厚度为20～30nm，其周期数为100～250。

进一步地，CrTiZrN/CrZrC层为超晶格结构，CrTiZrN层厚度为10～15nm，CrZrC 厚度为5～10nm，其周期数为2～5。