[发明专利]TiAlN/CrAlSiN纳米复合多层涂层及其制备方法

权利要求书

1.一种TiAlN/CrAlSiN纳米复合多层涂层，在高速钢基体表面设有TiAl金属过渡层和纳米尺度的TiAlN/CrAlSiN薄膜，其中，TiAlN与CrAlSiN交替沉积形成TiAlN/CrAlSiN薄膜，TiAl金属过渡层和纳米尺度的TiAlN/CrAlSiN薄膜从基体到涂层表面依次沉积形成超晶格纳米多层膜。

2.根据权利要求1所述的一种TiAlN/CrAlSiN纳米复合多层涂层，其特征在于TiAlN厚度为10-20nm，CrAlSiN厚度为20-30nm，涂层总厚度为1.5-5μm，总周期层数为70-120层。

3.根据权利要求1所述的一种TiAlN/CrAlSiN纳米复合多层涂层，其特征在于沉积TiAl金属过渡层，厚度为150nm。

4.根据权利要求1所述的一种TiAlN/CrAlSiN纳米复合多层涂层，其特征在于制备时采用电弧离子镀膜方法，电弧离子镀膜机包括镀膜室镀膜室、弧电源、TiAl靶、CrAlSi靶、TiAl靶挡板单元、CrAlSi靶挡板单元和旋转单元，旋转单元包括旋转底座、底座步进电机，其中，镀膜室内设有旋转底座，旋转底座由底座步进电机控制旋转和启停，高速钢基体经支架固定在旋转底座上，腔体上设有进气口、出气口，进气口与进气单元相连，出气口与真空泵相连，腔体内设有加热器，以便于对腔内温度进行加热，所述进气单元包括Ar进气单元和N2进气单元，进气单元由气瓶、输气管、气体流量计组成，主要用于向真空腔室内输送Ar、N2等气体；抽气单元包括机械泵、罗茨泵、分子泵及其之间的连接管道，其作用是将镀膜真空腔室内的空气抽至外界，尽量低的降低真空腔室内气压；镀膜室腔体侧壁上对向放置两个TiAl靶与CrAlSi靶，镀膜时，开启引弧电源12，形成弧电流，进行镀膜； TiAl靶与CrAlSi靶的靶前方分别设有TiAl靶挡板单元和CrAlSi靶挡板单元，TiAl靶挡板单元包括TiAl靶挡板和TiAl靶挡板驱动步进电机，CrAlSi靶挡板单元包括CrAlSi靶挡板和CrAlSi靶挡板驱动步进电机；TiAl靶挡板和CrAlSi靶挡板分别经TiAl靶挡板驱动步进电机、CrAlSi靶挡板驱动步进电机精确控制。

5.根据权利要求4所述的一种TiAlN/CrAlSiN纳米复合多层涂层，其特征在于TiAl靶挡板和CrAlSi靶挡板均为两条长方形挡板，各放置于两TiAl靶和两CrAlSi靶前，配合步进电机，实现挡板的自动开关。

6.一种TiAlN/CrAlSiN纳米复合多层涂层的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

（1）将TiAl靶和 CrAlSi靶在镀膜的镀膜室中对向放置；

（2）将高速钢基体清洗去除表面污渍后，放入电弧离子镀真空腔室内支架上，清洗时最好经超纯水、丙酮和无水乙醇清洗；

（3）用机械泵和分子泵将电弧离子镀真空腔室真空度抽至1×10^-3Pa；温度加热至300-400℃；

（4）对高速钢基体进行等离子清洗：真空腔室内充入Ar气至压强为1.8-2.2Pa，施加负偏压-700至-800V，对高速钢基体表面进行清洗，清洗时间为8至10min；

（5）沉积TiAl金属过渡层：将高速钢基体转至TiAl靶前，并打开TiAl靶前挡板，真空腔室内充入Ar气至压强为0.3-0.5Pa ，开启TiAl靶弧源，弧电流为70-80A，在高偏压-300V至-400V下对基体进行轰击，时间为3-5min，然后偏压降到-80V至-100 V，沉积TiAl过渡层，时间为8-10min，关闭TiAl挡板及弧源；

（6）沉积TiAlN/CrAlSiN纳米复合多层涂层：同时开启TiAl靶与CrAlSi靶弧源，TiAl弧电流为70-80A，CrAlSi弧电流为80-90A，真空腔室内充入反应气体至压强为0.6-0.8Pa，先将高速钢基体转至TiAl靶前，打开TiAl靶前挡板沉积TiAlN涂层1-2min，然后关闭TiAl靶前挡板，并将高速钢基体转至CrAlSi靶前，并打开CrAlSi靶前挡板沉积CrAlSiN涂层1-1.5min，然后关闭CrAlSi靶前挡板；

（7）循环上述过程实现TiAlN/CrAlSiN纳米复合多层涂层的制备。

7.根据权利要求6所述的一种TiAlN/CrAlSiN纳米复合多层涂层的制备方法，其特征在于TiAl靶和 CrAlSi靶的纯度均为99.99%，TiAl靶的元素原子数百分含量比为Ti:Al=1:1，CrAlSi靶的元素原子数百分含量比为Cr:Al:Si=5:4:1。