[发明专利]一种可涂覆于深孔零件的高硬度TiN保护性涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种利用空心阴极原理可涂覆于深孔和异形零件的高硬度TiN保护性涂层及其制备方法，包括如下制备步骤：(1)基体清洗：将经抛光处理后的基体分别在无水乙醇和丙酮中利用超声波清洗3～7min后，在1％～3％浓度的氢氟酸中处理5～20s；(2)基体上不同比例N，H，Ar离子蚀刻，提高基体和涂层结合强度；(3)基体上TiN涂层制备。本发明可以有效地在深孔表层沉积高质量的TiN涂层，提升TiN涂层与基材之间的结合强度，同时具有生产效率高、涂层质量好、工艺简单等优点，可应用于长径比较高的深孔类零件以及刀具、模具等承受耐磨、冲击等载荷零件的保护性涂层。

技术领域

本发明涉及材料表面改性技术领域，具体涉及一种可涂覆于深孔零件的高硬度、高耐磨性的TiN保护性涂层及其制备方法。

背景技术

TiN涂层是一种典型的金属氮化物涂层，其成分由Ti、N原子组成，具有高硬度、优良的减摩耐磨性，在航空航天、机械、电子、光学、装饰外观保护、生物医学等领域得到广泛的应用。TiN薄膜还可以涂覆在各种模具或工具表面，利用其良好的耐磨性和自润滑特性，可以有效地提高其使用寿命。

TiN薄膜的制备方法包括物理气相沉积、化学气相沉积、等离子化学气相沉积及光化学气相沉积等多种技术。相比于其他技术，等离子体化学气相沉积(PECVD)技术对控制薄膜厚度和结构非常方便，制备的薄膜质量也较佳。等离子体化学气相沉积是辉光等离子体放电过程和化学气相沉积的协同作用，在沉积薄膜的过程中，反应室中产生大量的具有高能的等离子体，使反应气体分子被激发，产生活性粒子，这些高能的离子和活性粒子促进化学反应的进行，在基体上沉积固体薄膜，同时释放出热量。

多种材料表面的保护性涂层沉积技术已在生产中得到了广泛应用，且取得较大的经济效益，但是，内孔零件的涂层沉积一直是该领域中的一个难题。在生产实践中以内表面为工作面的工件种类众多，如内孔模具、运输管道、轴套等，这些工件经常由于内壁磨损、腐蚀等形式遭到破坏。为了提高其工作效率和寿命，在其内壁上沉积耐腐蚀、耐磨、耐高温的保护性涂层仍然是非常必要的技术手段。然而，内孔零件涂层沉积的技术难点在于等离子体不能有效地输运到内孔深处，导致镀膜深度较小、质量较差。因此，开发一种可涂覆于深孔零件的高硬度、高耐磨性TiN保护性涂层及其制备方法具有重要的实际意义。

相比于内孔涂层的类金刚石涂层，TiN涂层的耐温性能可到达600度左右，适用于大多数场合。然而现有TiN涂层及其制备技术中，工艺多适用工件外表面，而对于深孔、异形工件沉积性能优良的TiN涂层技术未见报道。此外，尽管深孔镀DLC膜有报道，但TiN涂层与DLC膜性能、沉积工艺、气氛保护等均方面截然不同，且存在施镀深度较小、质量较差的问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种可涂覆于深孔零件的高硬度、高耐磨性的TiN保护性涂层及其制备方法，采用圆筒形空心阴极放电原理作为等离子体化学气相沉积的一种技术，即在圆筒形真空腔内形成阴极负辉区重叠，电子在阴极直接形成“钟摆”震荡，与气体原子发生非弹性碰撞，使气体原子激发和电离，电离产生的正离子在电场加速下撞击阴极，产生二次电子。在此原理下可大幅提高气体原子离化率，从而调高薄膜沉积速率得到理想涂层。

本发明采用的技术手段如下：

一种可涂覆于深孔零件的高硬度TiN保护性涂层的制备方法，包括如下制备步骤：

(1)基体清洗

将经抛光处理后的基体分别在无水乙醇和丙酮中利用超声波清洗3～7min，然后在1％～3％浓度的氢氟酸中处理5～20s；

(2)基体的不同比例N，H，Ar离子蚀刻