[发明专利]一种含有多层结构的高强韧纳米复合涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种含有多层结构的高强韧纳米复合涂层，其特征在于，包括金属基体、AlTiN粘结层、AlTiN/TiSiN多层结构支撑层、TiSiN工作层，所述AlTiN粘结层设于所述金属基体上，所述AlTiN/TiSiN多层结构支撑层设于所述AlTiN粘结层与TiSiN工作层。

2.如权利要求1所述的一种含有多层结构的高强韧纳米复合涂层，其特征在于，所述AlTiN粘结层厚度0.1～0.5μm，所述AlTiN/TiSiN多层结构支撑层厚度为1～3μm，所述TiSiN工作层厚度为0.5～3μm。

3.如权利要求1所述的一种含有多层结构的高强韧纳米复合涂层，其特征在于，所述金属基体为硬质合金、高速钢、模具钢、不锈钢材料中的任意一种。

4.如权利要求1所述的一种含有多层结构的高强韧纳米复合涂层，其特征在于，所述AlTiN粘结层各元素按照原子百分比为：Al：20～30％，Ti：15～35％，N：40～55％。

5.如权利要求1所述的一种含有多层结构的高强韧纳米复合涂层，其特征在于，所述AlTiN/TiSiN多层结构支撑层中AlTiN子层和TiSiN子层交替沉积，AlTiN子层厚度为100～600nm，TiSiN子层厚度为100～700nm，所述TiSiN子层各元素按照原子百分比为：Ti：20～50％，Si：3～7％，N：35～50％。

6.如权利要求1所述的一种含有多层结构的高强韧纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，所述TiSiN工作层各元素按照原子百分比为：Ti：25～45％，Si：8～15％，N：40～55％。

7.一种如权利要求1～6所述的含有多层结构的高强韧纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将金属基体抛光后经过丙酮、酒精、纯水各超声清洗5～25min，放入烘箱烘干10～40min，金属基体装夹至转架，安装方式为1～3重旋转，转架转速为0.5～4.5rpm，腔体抽真空，当高功率脉冲磁控溅射腔体真空度低于5×10^-1Pa时开启加热系统，将腔体加热至300～500℃，保持加热时间30～60min，清除腔体内残余气体；到达规定温度后再次抽真空至5×10^-3Pa，开启清洗程序；

S2，在高功率脉冲磁控溅射设备腔体中充入100～600sccm氩气，首先，转动圆柱靶内部磁场方向为180°，刻蚀面朝向腔体内壁，开启靶材磁控溅射电源，调节功率为2～5kW，靶材旋转速度为5～20rpm，清洗靶材，清洗时间为5～30min；

S3，开启电弧增强辉光放电装置对金属基体进行刻蚀清洗，采用负偏压递增模式，阶段一：负偏压由低到高梯度上升刻蚀；阶段二：高负偏压持续刻蚀；

S4，刻蚀结束后降低基体负偏压至20～150V，调整电源功率，脉冲占空比，脉冲峰值电压，脉冲峰值电流、氮气流量等参数，依次沉积AlTiN粘结层，AlTiN/TiSiN多层结构支撑层，TiSiN工作面层；

S5，待沉积结束后，腔体温度降低至200℃以下，得到含有多层结构的高强韧纳米复合涂层。

8.如权利要求7所述的一种含有多层结构的高强韧纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中阶段一中刻蚀负偏压为30～200V，刻蚀时间为5min，刻蚀负偏压在5min内逐步上升，阶段二中刻蚀负偏压为200～400V，刻蚀时间为20～40min。

9.如权利要求7所述的一种含有多层结构的高强韧纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中刻蚀结束后，通入氮气调节腔体内真空度为0.3～0.8Pa，设定AlTi靶电源功率为10～20kW，占空比为10～40％，脉冲峰值电压为200～700V，峰值电流为200～700A，氮气流量为30～150sccm，基体负偏压为20～100V，开启AlTi靶电源，沉积AlTiN粘结层，沉积时间为10～60min。

10.如权利要求7所述的一种含有多层结构的高强韧纳米复合涂层的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中沉积粘结层后，保持气压不变，调节AlTi靶/TiSi靶电源参数，设定AlTi靶电源功率为10～20kW，占空比为10～40％，脉冲峰值电压为200～700V，峰值电流为200～700A，氮气流量为30～150sccm，基体负偏压为20～100V；设定TiSi靶电源功率为10～20kW，占空比为30～50％，脉冲峰值电压为200～700V，峰值电流为200～700A，氮气流量为10～50sccm，基体负偏压为20～100V，交替开启AlTi靶、TiSi靶电源，沉积AlTiN/TiSiN交替多层结构支撑层，单层AlTiN沉积时间为5～100min，单层TiSiN粘结层沉积时间为10～150min；

沉积多层结构支撑层后，保持气压不变，调节TiSi靶电源参数，设定电源功率为10～20kW，占空比为10～25％，脉冲峰值电压为200～700V，峰值电流为200～700A，氮气流量为60～100sccm，基体负偏压为20～100V，开启TiSi靶电源，沉积TiSiN工作面层，工作面层TiSiN沉积时间为120～180min。