[发明专利]一种纳米复合涂层结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种纳米复合涂层结构及其制备方法，包括：沉积在基体上的CrN过渡层；沉积于所述CrN过渡层上的Ti_1‑xSi_xN层；沉积于所述Ti_1‑xSi_xN层的Cr₂O₃层，且Cr₂O₃层和Ti_1‑xSi_xN层界面为共格外延界面。本发明结合了TiSiN涂层高硬度和Cr₂O₃涂层高温抗氧化性能的优势，复合涂层可应用于各种刀具、模具及耐磨零件，提高了涂层的使用性能和应用领域；且本发明的制备方法简单、设备要求低以及生产成本低廉。

技术领域

本发明涉及工、模具薄膜涂层领域，具体涉及一种纳米复合涂层结构及其制备方法。

背景技术

随着现代制造业的进步，在采用高速切削、干切削和微润滑切削工艺加工材料时，往往对切削刀具有较高的技术要求。涂层刀具的出现，是金属切削刀具技术发展史上的一次改名，其在金属切削刀具表面镀上超硬涂层材料，其具有“超硬、强韧、耐磨、自润滑”的优势，适应了现代制造业对切削刀具的要求。

在TiN中引入Si形成的TiSiN涂层由于高硬度和高热稳定性被广泛应用于工模具耐磨保护涂层；但TiSiN涂层的抗氧化温度较低，低于900℃，不能满足一些苛刻的服役条件。

Cr₂O₃涂层具有很好的高温化学稳定性以及优良的抗氧化磨损，涂覆在硬质合金刀具表面能有效阻止高温氧化层向刀具基体或其它涂层扩散，是提高工模具在高温服役条件下使用寿命的理想涂层材料之一；但Cr₂O₃涂层的硬度较低。

申请号为200810197656.1的中国专利，公开一种TI-SI-N纳米涂层的制备方法，其对金属陶瓷刀具表面打磨、抛光、除油后装入反应炉中，抽真空后，通入Ar气，金属陶瓷刀具加上800V～900V的负偏压，在电场作用下，用Ar离子对金属陶瓷刀具进行溅射清洗后渗氮；并沉积梯度TiN过渡层；最后采用多靶溅射制备纳米TiN/α-Si3N4涂层。申请号为200910044474.5的中国专利，公开了采用物理气相沉积的方法周期性沉积的多涂层刀具及其制备方法，该涂层每个周期包括TiN层到TiSiN层到TiAlSiN层到TiSiN层，涂层由多个周期叠加。上述专利所公开的涂层结构和工艺，均仅仅采用了TiSiN涂层，抗氧化温度低，不能满足一些苛刻的服役条件。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种纳米复合涂层结构及其制备方法。结合了TiSiN涂层高硬度和Cr₂O₃涂层高温抗氧化性能的优势，复合涂层可应用于各种刀具、模具及耐磨零件，提高了涂层的使用性能和应用领域；且本发明的制备方法简单、设备要求低以及生产成本低廉。

为实现所述技术目的，本发明的技术方案是：一种纳米复合涂层结构，包括：

CrN过渡层，所述CrN过渡层沉积在基体上；

Ti_1-xSi_xN层，所述Ti_1-xSi_xN层沉积于所述CrN过渡层上；

Cr₂O₃层，所述Cr₂O₃层沉积于所述Ti_1-xSi_xN层，且Cr₂O₃层和Ti_1-xSi_xN层界面为共格外延界面。