[发明专利]梯度结构的合金涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及合金涂层技术领域，具体涉及一种梯度结构的合金涂层及其制备方法，该涂层包含由1‑3组多层结构，所述的多层结构由内向外依次为TiAlYN层、TiZrN层和TiSiN层，所述的TiAlYN层、TiZrN层和TiSiN层厚度比例为0.1‑1:0.1‑1:1；通过合金涂层的梯度设计，得到一种兼具硬度和韧性的合金涂层，具有平衡而优异的性能，应用前景广泛。

技术领域

本发明涉及合金涂层技术领域，具体涉及一种梯度结构的合金涂层及其制备方法。

背景技术

硬质合金是由硬质难熔金属碳化物相和粘结金属相组成的烧结材料，具有高硬度、高强度、高弹性模量高、耐磨耐腐蚀性好等特点，广泛应用于各种切削工具、矿用工具和耐磨耐蚀零部件等。

一般在硬质合金表面镀覆涂层，涂层是硬质合金非常重要的组成，大量的研究都集中在涂层上面。TiN涂层是一种常用的涂层，可以提高刀具硬度并具有较高的氧化温度。

相应的改性也很多，主要是在涂层中掺杂不同的元素来改善涂层的性能，常见的添加元素有Al、Zr、Nb、V、Si等，但这种改性往往只能改善涂层的某一方面的性能，尤其是很难同时改善涂层的硬度和韧性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种梯度结构的合金涂层及其制备方法，该涂层包含由1-3组多层结构，所述的多层结构由内向外依次为TiAlYN层、TiZrN层和TiSiN层；

所述的TiAlYN层、TiZrN层和TiSiN层厚度比例为0.1-1:0.1-1:1。

优选的，所述厚度比例为0.3-0.5:0.5-0.8:1。

其中，TiAlYN层、TiZrN层和TiSiN层厚度分别为0.1-1μm；

优选的，TiAlYN层为0.2-0.4μm，TiZrN层为0.4-0.5μm，TiSiN层为0.6-0.8μm。

TiAlYN层中，Ti:Al:Y的原子比例为1:1-2:0.5-0.8；

TiZrN层中，Ti:Zr的原子比例为1:0.6-2；

TiSiN层中，Ti:Si的原子比例为1:1-2。

所述的合金涂层沉积在硬质合金表面。

所述的硬质合金没有特别的限定，只要是本领域常见的硬质合金即可，比如WC-Co合金，或进一步包含其他金属元素的WC-Co合金。

所述的其他金属元素包含Cr、V、Ni、Y中的一种或多种。

所述合金涂层的制备方法包括如下步骤：

(1)硬质合金表面清洗，硬质合金使用丙酮浸泡后超声清洗，然后用氩离子轰击刻蚀，对刀具表面进行活化；

(2)通入氮气，用阴极电弧离子镀技术在硬质合金表面沉积涂层，依次开启TiAlYN靶、TiZrN靶和TiSiN靶，将涂层沉积到硬质合金表面；上述沉积的步骤重复1-3次；

(3)真空下将自然冷却，得到一种梯度结构的合金涂层。

发明人在研究涂层的多层结构中，在某次实验中涂层的厚度发生了偏差，却意外的发现得到的涂层性能上要优于以往的涂层，发明人意识到，相应的涂层和厚度要有一定的配合，各涂层之间的厚度也有一定的比例，重复了多次试验，才完成了本发明。

与现有技术相比，本发明的合金涂层具有以下有益效果：