[发明专利]一种CrAlTiSiCN纳米复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种CrAlTiSiCN纳米复合涂层，包括依次沉积于基体上的Cr打底层、CrN过渡层、CrAlTiSiN过渡层及CrAlTiSiCN膜层，本发明提供的CrAlTiSiCN纳米复合涂层通过Cr‑CrN‑CrAlTiSiN‑CrAlTiSiCN阶梯状的方式将CrAlTiSiCN膜层牢牢地结合在刀具基体的表面，各层之间的结合强度大大增加，有效防止CrAlTiSiCN膜层从刀具基体表面脱落，涂层厚度和成分也更加均匀，且纳米复合涂层的硬度高，其纳米硬度可达39～45GPa，高温稳定性强，延长涂层工件的使用寿命。

技术领域

本发明属于刀具表面改性技术领域，尤其涉及一种CrAlTiSiCN纳米复合涂层及其制备方法。

背景技术

20世纪以来，涂层防护技术在优化表面性能中应用越来越广泛，沉积涂层技术也得到了快速的发展，并一时间成为冶金、航空、生化、汽车配件等领域的研究热点。但涂层技术大发展，对刀具产业的升级是史无前例的，随着加工要求、质量的不断提高，切削技术以及切削刀具表面涂层技术在不断的向前发展，涂层材料也朝向更优异的性能更迭，从1980年最初的TiN二元涂层问世，新的涂层工艺和涂层种类就不断涌向。从二元涂层、三元涂层到多元涂层，再到如今的复合涂层、梯度涂层、超晶格涂层等，涂层的化学成分、组织与结构、性能均发生了明显的变化，微观特性、韧性及稳定性都大幅提高。

CrN是一种成熟的二元涂层，其良好的膜基结合力、抗氧化性能和耐磨性得到广泛的应用，为提高其综合性能，已研究了将其它化学元素添加到CrN中。比如在CrN中添加入Si元素能较大幅度的提高涂层的硬度和耐磨性；Al元素的添入提高了涂层的抗高温氧化性，且Al元素可大量溶于CrN，细化晶粒，提高涂层的硬度；Ti元素的添入可提高涂层的硬度和膜基结合力。近年来，基于Cr、Al、Ti、Si、N五种主要元素形成的CrAlTiSiN涂层由于具有纳米复合结构，使其具有了较高的硬度和良好的耐磨性能。但经过试验表明，CrAlTiSiN涂层仍存在高速切削下被加工表面质量较差的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种CrAlTiSiCN纳米复合涂层及其制备方法，具有优异的高温稳定性、高于40GPa的超高硬度，可以在1000℃下进行高速切削。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种CrAlTiSiCN纳米复合涂层，包括依次沉积于基体上的Cr打底层、CrN过渡层、CrAlTiSiN过渡层及CrAlTiSiCN膜层，所述纳米复合涂层的附着力为46～54N，所述纳米复合涂层的纳米硬度为39～45GPa。

优选地，所述纳米复合涂层的厚度为1.7～4.5μm。

优选地，所述Cr打底层的厚度为0.2～1.0μm，所述CrN过渡层的厚度为0.5～1.0μm，所述CrAlTiSiN过渡层的厚度为0.5～1.5μm，所述CrAlTiSiCN膜层的厚度为0.5～1.0μm。

优选地，所述基体为金属刀具、硬质合金刀具或陶瓷刀具。

基于相同的发明构思，本发明还提供了一种CrAlTiSiCN纳米复合涂层的制备方法，包括如下步骤：

S1：基体清洗：先将基体用砂纸进行打磨抛光处理，然后将基体放入丙酮溶液中进行超声波清洗，再将清洗完成的基体用酒精擦拭，并烘干，最后将基体进行离子清洗，得到洁净基体；

S2：制备Cr打底层：将经过步骤S1处理过的基体送入沉积室中，通过调整偏压控制Cr靶，于基体上沉积Cr打底层，Cr靶电流为80～100A，基体负偏压为180～220V，沉积室内的气体压强为1～2Pa，沉积时间为15～25min，Cr打底层的厚度为0.2～1.0μm；