[发明专利]一种纳米复合涂层及其制备方法与应用

权利要求书

1.一种纳米复合涂层，其特征在于包括在基底表面依次形成的金属过渡层和CrAlSiN/Zr交替层叠层，其中所述CrAlSiN/Zr交替层叠层由CrAlSiN层和Zr层交替层叠形成，所述CrAlSiN层包括由AlSiN层和CrN层交替层叠形成的纳米多层涂层，所述金属过渡层选自Zr过渡层和/或Cr过渡层。

2.根据权利要求1所述的纳米复合涂层，其特征在于：所述金属过渡层的厚度为400~500nm。

3.根据权利要求1所述的纳米复合涂层，其特征在于：所述CrAlSiN/Zr交替层叠层包含11~44个交替层叠周期层，其中每一交替层叠周期层包含一CrAlSiN层和一Zr层；每一所述交替层叠周期层的厚度为100~450nm；每一所述交替层叠周期层中CrAlSiN层的厚度为50~400nm，Zr层的厚度为40~60nm。

4.根据权利要求1所述的纳米复合涂层，其特征在于：所述CrAlSiN层包含3~5个交替层叠周期层，厚度为50~110nm，其中每一交替层叠周期层包含一AlSiN层和一CrN层；每一所述交替层叠周期层中AlSiN层的厚度为8~11nm，CrN层的厚度为8~11nm。

5.根据权利要求1所述的纳米复合涂层，其特征在于：所述纳米复合涂层的硬度为8~23GPa，弹性模量为213~366GPa，结合强度为10~20N，摩擦系数为0.10~0.22。

6.权利要求1-5中任一项所述的纳米复合涂层的制备方法，其特征在于包括：

提供基底；

以及，采用多弧离子镀沉积技术在所述基底表面依次沉积金属过渡层和CrAlSiN/Zr交替层叠层，直至形成所述纳米复合涂层。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于具体包括：

将基底置于镀膜装置的真空腔体中，并将所述真空腔体抽真空至7~8×10^-5mPa，之后对所述基底进行氩等离子刻蚀处理；

以惰性气体为工作气氛，以Zr靶和/或Cr靶作为靶材，采用多弧离子镀沉积技术在所述基底表面沉积形成金属过渡层，其中，所述Zr靶和/或Cr靶的靶电流为60~80A，偏压为-25~-15V，沉积温度为350~450℃，惰性气体的流量为300~400sccm。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于具体包括：

在所述金属过渡层沉积完成后，以氮气为工作气氛，以Cr靶和AlSi靶作为靶材，采用多弧离子镀沉积技术，在所述金属过渡层表面形成CrAlSiN层，其中所述Cr靶和AlSi靶的靶电流为50~70A，偏压为-45~-35V，沉积温度为350~450℃，氮气的流量为550~650sccm；

以惰性气体为工作气氛，以Zr靶作为靶材，采用多弧离子镀沉积技术在所述CrAlSiN层表面沉积形成Zr层，其中，所述Zr靶的靶电流为60~80A，偏压为-30~-20V，沉积温度为350~450℃，惰性气体的流量为300~400sccm；

以及，使所述CrAlSiN层和Zr层交替层叠，直至形成所述CrAlSiN/Zr交替层叠层。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：沉积所述CrAlSiN层时，在腔体内设置Cr靶和AlSi靶两组靶材，两组靶材平行放置，通过间歇性靠近Cr靶和AlSi靶共沉积，获得由AlSiN层和CrN层交替层叠形成的CrAlSiN层，其中所述基底与Cr靶和AlSi靶的距离为10~15cm。

10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于还包括：在沉积所述金属过渡层之前，先对基底进行清洗处理。

11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：所述基底选自不锈钢基底；所述不锈钢基底为316不锈钢和/或304不锈钢。