[发明专利]一种AlCrSiN/Mo自润滑薄膜的复合磁控溅射制备方法

说明书

本发明公开了一种AlCrSiN/Mo自润滑薄膜的复合磁控溅射制备方法，属于薄膜制备技术领域。该AlCrSiN/Mo自润滑薄膜是采用高功率脉冲磁控溅射技术和脉冲直流磁控镀膜技术在基体上制备而成，制备过程为：降低偏压至‑50～‑150V，N₂流量50～150sccm，Ar流量50～250sccm，N₂和Ar总流量300sccm，沉积压强1.0～2.5Pa，CrMo靶溅射功率0.1～0.9kW，AlCrSi靶功率0.2～1.5kW。所制备的AlCrSiN/Mo自润滑薄膜硬度高、韧性好，具备优良的减磨特性，可以显著降低刀‑屑间的摩擦，具有较好的化学稳定性及易剪切的润滑特性。

技术领域

本发明涉及薄膜及其制备技术领域，具体涉及一种AlCrSiN/Mo自润滑薄膜的复合磁控溅射制备方法。

背景技术

现代制造业的快速发展对薄膜刀具的要求越来越高，而硬质薄膜具有高硬度及热稳定性，被广泛应用于金属零部件及模具等加工方向。而薄膜逐渐由二元向多元化发展可有效延长切削刀具的使用寿命，尤其是当复合薄膜中掺杂自润滑元素可有效减少切削热的产生、提高工件表面加工精度，进而提升刀具切削加工效率。

在高速或干式切削条件下，二元TiN、Cr N薄膜表面易发生氧化失效限制其应用，通过向其中添加Al元素制备Cr-Al-N薄膜，研究结果表明Cr-Al-N薄膜的热稳定性主要依靠Cr-Al-N中的以共价键相结合的Al-N相，而Al元素的增加会使得薄膜结构逐渐由fcc-AlN向hcp-AlN转变，在一定程度上能够提升薄膜的硬度；并在薄膜表面能够形成致密的(Cr,Al)₂O₃膜，可有效减缓高温环境下外界氧气扩散到薄膜中，从而有效的提高了薄膜的抗高温氧化能力。研究中发现，在Cr-Al-N薄膜中添加Si元素后，在Cr-Al-N固溶体的晶界处形成a-Si₃N₄相，从而形成镶嵌式的复合结构，使其具有高硬度、高韧性以及优良的热稳定性等特性，适用于切削刀具表面，但存在摩擦系数高、切削温度高等缺点，难以保证刀具寿命及工件表面质量。

为进一步将薄膜刀具应用于现代高速干切削加工领域，进一步提高刀具的使役寿命，本专利拟采用高功率脉冲磁控(HIPIMS)与脉冲直流磁控(Pulse DC)复合镀膜技术在刀具基体表面制备具有硬度高、抗高温氧化性能和超润滑耐磨性能的AlCrSiN/Mo薄膜，以能够满足于干式、高速、高精等难加工切削工况，减少切削液的使用，以实现绿色制造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种AlCrSiN/Mo自润滑薄膜的复合磁控溅射制备方法，所制备的AlCrSiN/Mo自润滑薄膜硬度高、韧性好，具备优良的减磨特性，可以显著降低刀-屑间的摩擦，具有较好的化学稳定性及易剪切的润滑特性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种AlCrSiN/Mo自润滑薄膜的复合磁控溅射制备方法，是采用高功率脉冲磁控溅射技术和脉冲直流磁控镀膜技术在基体上制备而成，该方法具体包括如下步骤：

(1)将基体固定于真空室内旋转架上，然后将真空室的基底压强抽至3.0×10^-3Pa以下，CrMo靶连接在HiPIMS(High Power Impulse Magnetron Sputtering)高功率脉冲电源上，AlCrSi靶连接在脉冲直流电源上；

(2)基体先进行辉光清洗，以除去表面杂质；然后进行离子轰击，以提高膜/基结合力；

(3)制备CrN过渡层；