[发明专利]一种自组织纳米结构氧氮化物硬质涂层及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种自组织纳米结构氧氮化物硬质涂层，其特征在于：所述涂层由下到上包括基体、AlTiN过渡层和AlCrSiON自组织纳米多层；AlCrSiON自组织纳米多层是由富氮的AlCrSiON层和富氧的AlCrSiON层交替沉积而成，所述富氮的AlCrSiON层为纳米晶被非晶相包裹形成的纳米复合结构；其中涂层总厚度为2～6μm，调制周期为1～100nm，其中富氮的AlCrSiON层单层厚度为0.1～80nm，富氧的AlCrSiON层单层厚度为0.1～20nm。

2.根据权利要求1所述的一种自组织纳米结构氧氮化物硬质涂层，其特征在于：所述AlCrSiON自组织纳米多层中O原子的质量百分含量为5～60at.％，N原子的质量百分含量为4～60at.％，Cr原子的质量百分含量为15～30at.％，Al原子的质量百分含量为13～30at.％，Si原子的质量百分含量为1～10at.％。

3.根据权利要求1所述的一种自组织纳米结构氧氮化物硬质涂层的制备方法，其特征在于按照以下操作步骤：

①清洗基体：对基体表面进行抛光处理后，浸入丙酮溶液超声清洗10～20min，然后浸入无水乙醇溶液超声清洗10～20min，清洗完成后取出基体进行烘干；

②抽真空：将洗净烘干后的基体送入真空腔室并将基体装夹在旋转支架上，关闭腔门后开启转架自转，转速设置为2～9r/min，将真空度抽至4.0×10^-3～6.0×10^-3Pa，同时将真空腔室加热至380～420℃；

③等离子体刻蚀清洗：当腔室真空度为4.0×10^-3～6.0×10^-3Pa后，通入气体流量为200～300sccm的Ar气，给基体施加-900V～-1000V的偏压，同时调节气体流量，使腔室气压保持在1.8～2.3Pa，炉温保持在380～420℃，持续时间20～40min，其中偏压占空比设置为70％～90％；

④离子轰击：使基体支撑转架定位至Cr靶前自转，转速设置为2～9r/min，开启电弧Cr靶电源，电流为90～110A，通入60～80sccm的Ar气，调节气体流量，使腔室气压维持在0.6～0.8Pa，炉温保持在380～420℃，给基体施加-500～-900V的偏压，离子轰击3～7min；

⑤AlTiN过渡层的沉积：电弧AlTi靶电源保持开启，电流为90～110A，通入250～350sccm的N₂气，调节N₂气流量，使腔室气压保持在1.0～1.4Pa，维持炉温380～420℃，施加基体偏压-100～-140V，该过程维持5～10min；

⑥AlCrSiON自组织纳米多层的沉积：关闭AlTi靶电源，使基体支撑转架定位至AlCrSi靶前自转，转速设置为2～9r/min，开启电弧AlCrSi靶电源，电流为70～90A，通入250～350sccm的N₂气，通入0～50sccm的O₂，此过程保持腔室气压为2.8～3.2Pa，维持炉温380～420℃，沉积时间为1～3h，给基体施加-130～-170V的偏压，该过程自组织形成富N的AlCrSiON层、富O的AlCrSiON层交替生长的AlCrSiON自组织纳米多层涂层；

⑦沉积结束，依次关闭电弧靶电源、偏压电源、气阀、加热器电源，待腔室内温度降至室温后取出基体，得到自组织纳米结构氧氮化物硬质涂层。

4.根据权利要求1所述的一种自组织纳米结构氧氮化物硬质涂层在刀具模具工业、汽车制造、地质钻探、船舶轮机、航空航天、精密仪器仪表领域中的应用。