[发明专利]一种AlTiN/TiAlSiN梯度纳米复合结构涂层及其一体化制备方法与应用

权利要求书

1.一种AlTiN/TiAlSiN梯度纳米复合结构涂层，其特征在于，该涂层由上至下包括基体、AlTiN过渡层、AlTiN/TiAlSiN支撑层和TiAlSiN功能层。

2.根据权利要求1所述的一种AlTiN/TiAlSiN梯度纳米复合结构涂层，其特征在于，所述AlTiN过渡层的厚度为0.5～2μm，所述AlTiN/TiAlSiN支撑层的厚度为1～4μm，所述TiAlSiN功能层的厚度为0.15～2μm。

3.根据权利要求1所述的一种AlTiN/TiAlSiN梯度纳米复合结构涂层，其特征在于，所述AlTiN/TiAlSiN支撑层的调制周期为40～60nm，调制比为20:1～25:1。

4.权利要求1-3任一项所述的一种AlTiN/TiAlSiN梯度纳米复合结构涂层的一体化制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)AlTiN过渡层：将抛光清洗好的样品送入腔室，经抽真空、红外加热、离子刻蚀后，向腔室内通入高纯N₂，同时保持腔室内加热器温度恒定，基体加负偏压，沉积AlTiN过渡层；

(2)AlTiN/TiAlSiN支撑层：完成步骤(1)后，向腔室内连续通入高纯N₂和高纯Ar，同时保持腔室内加热管温度恒定，基体加负偏压，开启溅射靶，保持电弧靶和溅射靶同时工作，沉积AlTiN/TiAlSiN支撑层；

(3)TiAlSiN功能层：完成步骤(2)后，关闭电弧靶，维持溅射靶工作，向腔室内连续通入高纯N₂和高纯Ar，同时保持腔室内加热管温度恒定，基体加负偏压，沉积TiAlSiN功能层；完成后真空冷却至室温，打开腔室，取出工件。

5.根据权利要求4所述的一体化制备方法，其特征在于，步骤(1)中，AlTiN过渡层由电弧离子镀技术制备，所用电弧靶材为AlTi靶，工作电流为100～150A，基体偏压为-20～-80V，工件架的转速为2～4rpm，腔室温度为400～550℃，氮气流量为150～250sccm，维持腔室气压在2～6Pa，沉积时间为15～40min。

6.根据权利要求4所述的一体化制备方法，其特征在于，步骤(2)中，AlTiN/TiAlSiN支撑层由电弧-高功率脉冲磁控溅射溅射混合技术制备，所用溅射靶材为TiAlSi靶，高功率脉冲电源功率设置为2～4kW，频率为500～1000Hz，占空比为5～15％，工件架转速调至2～4rpm，基体偏压调至-60～-90V，通入氩气流量为60～100sccm，氮气流量为100～200sccm，腔室气压设置为2～6Pa，腔室内温度维持在500～600℃，电弧靶参数和步骤(1)相同，沉积时间为30～90min。

7.根据权利要求4所述的一体化制备方法，其特征在于，步骤(3)中，TiAlSiN功能层由高功率脉冲磁控溅射技术制备，靶材和高功率脉冲电源参数与步骤(2)相同，将基体偏压调至-150～-250V，腔室通入80～120sccm氩气和20～50sccm氮气，沉积时间为30～90min。

8.根据权利要求5或6所述的一体化制备方法，其特征在于，步骤(1)和步骤(2)中所述的AlTi靶的各元素原子百分比为Al：40～70at.％，Ti：40～70at.％。

9.根据权利要求6或7所述的一体化制备方法，其特征在于，步骤(2)和步骤(3)中所述TiAlSi合金靶各元素原子百分比为Ti：40～70at.％，Al：40～70at.％，Si：5～15at.％。

10.权利要求1-3任一项所述的一种AlTiN/TiAlSiN梯度纳米复合结构涂层在切削刀具、发动机叶片、工模具制造中的应用。