[发明专利]一种涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种涂层，包括沉积于基体表面的Cr层及沉积于Cr层上的TiMoCN层。本发明的涂层的硬度值超过了40GPa，且摩擦系数小于0.3。

技术领域

本发明涉及基体表面处理技术领域，特别是一种涂层及其制备方法。

背景技术

真空镀膜技术又称为气相沉积技术，分为化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，简称CVD)和物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，简称PVD)两种类型。PVD是指在真空条件下，镀料通过多种物理方法气化成原子、分子或使其离子化成离子，并直接沉积到基体表面，PVD技术主要包括离子镀膜技术、溅射镀膜技术和蒸发镀膜技术。

TiN作为最初的PVD涂层，自发展以来，以其高硬度、化学稳定性、抗氧化性和良好的耐磨性在刀具和模具等领域得到了广泛的应用。但是随着高速切削和干切削的技术发展，以及难加工材料的不断涌现，对刀具涂层性能提出了更高的要求。相应二元常用涂层TiN也正被性能更优异的三元涂层所替代。合金化是增强氮化物涂层性能的基本而有效的方法。在过去的二三十年中，领域内相关人士已经做出了多种努力，例如添加了以下元素：碳、硼、硅、铝、铬、钼等。不同的合金化策略会产生不同的强化效果。添加Si和B，由于形成被非晶Si₃N₄，BN或TiB相包围的纳米晶TiN这样的非晶-晶体复合结构，TiSiN和TiBN涂层具有极好的硬度。Al的添加由于更强的Al-N键结合和形成致密的Al₂O₃表面层而阻止了进一步的氧扩散，从而导致硬度，热稳定性和抗氧化性显着提高。但是，这些合金涂层仍保持相对较高的摩擦系数，通常在0.6-1.0范围内。

现有涂层中，金刚石和类金刚石涂层已经具有超硬自润滑的效果，但是由于其价格昂贵，对设备要求也高，而且本身脆性较大，厚度很难做到很厚，因此其应用势必受到一些限制。也有一些业内人士通过增加过渡层的方式以改善金刚石涂层和非金刚石涂层的脆性和厚度，但是一方面成本并没有下降反而会增加，另一方面没有解决金刚石涂层和非金刚石涂层对设备的要求。离子镀技术作为在工具镀膜方面应用最广泛的镀膜技术，在实现金刚石涂层和非金刚石涂层上还是有一定的困难。综上，现有技术中的方法均未能有效解决实现超硬自润滑涂层的简单而又广泛制备。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的目的之一是提出一种涂层，该涂层具有超高硬度的同时还具有低摩擦系数。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种涂层，包括沉积于基体表面的Cr层及沉积于Cr层上的TiMoCN层。

优选的，所述基体为金属或陶瓷。

一种如上所述的涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)对基体表面进行前处理；

(2)开启多弧离子镀镀膜机，对基体表面进行离子清洗；

(3)采用电弧镀在基体表面进行离子轰击活化；

(4)采用电弧镀在基体表面沉积Cr层；

(5)采用电弧镀在Cr层上沉积TiMoCN层。

优选的，步骤(1)中前处理的具体操作为：对基体进行打磨、抛光、超声清洗和烘干。

进一步优选的，步骤(1)中，抛光过程使用金刚石抛光膏抛光，超声清洗过程使用酒精、丙酮或去离子水清洗10-15分钟，烘干过程的烘干温度是100-200℃，烘干时间是15-60分钟。