[发明专利]一种四元单层超硬薄膜材料及其制备方法

权利要求书

1.一种四元单层超硬薄膜材料的制备方法，其特征在于，所述的四元单层超硬薄膜材料由Zr、Al、O和N四种元素构成，即Zr_1-x-y-zAl_xO_yN_z，其相对原子含量分数分别为x＝0.06-0.10，y＝0.10-0.14，z＝0.29-0.33；四元单层超硬薄膜材料的相结构以面心立方Zr和N原子为主，O和Al原子为替换原子占据Zr或N原子的部分点阵位置；四元单层超硬薄膜材料的晶粒尺度为10nm-50nm；厚度为0.5μm-15μm；

四元单层超硬薄膜材料的制备步骤如下：

采用电弧离子镀技术沉积制备方法，将工件基体经超声清洗并烘干处理后，放置于电弧离子镀真空腔室的样品台上，由真空系统将真空腔室抽真空至5.0×10^-3Pa～5.0×10^-4Pa；工件基体温度加热到100℃～450℃，并保持稳定；之后充入氩气至0.8Pa～4Pa，并给样品台施加600V～1500V的负偏压引发辉光等离子体，对工件基体进行氩离子溅射清洗，时间为5min～30min；然后通入反应气体氮气和氧气，氮气分压为0.3Pa～0.6Pa，氧气分压为0.1Pa～0.2Pa，并与氩气互补通过整体气压控制来维持腔室气压稳定为0.6Pa～1.2Pa，之后启动阴极纯锆靶和纯铝靶电弧，调整纯锆靶弧流为60A～120A，调整纯铝靶弧流为30A～120A，调整脉冲偏压为幅值为300V～1000V、频率为5kHz～40kHz和占空比为5％～50％，即开始薄膜沉积过程，时间为30min～300min；再经过充分炉冷后放掉真空取出已镀膜的工件基体。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的工件基体为高速钢、硬质合金、冷作模具钢和热作模具钢。