[发明专利]一种多相BN-Y/CrAlN复合涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种多相BN‑Y/CrAlN复合涂层及其制备方法，属于涂层材料技术领域。本发明提供的多相BN‑Y/CrAlN复合涂层包括交替层叠排列的CrAlN层和多相BN‑Y层；所述多相BN‑Y层的微观结构包括面心立方结构的CrAlN相和六方结构的BN相；每层CrAlN层的厚度独立地为4～6nm；每层多相BN‑Y层的厚度独立地为0.4～2.4nm；所述多相BN‑Y/CrAlN复合涂层的总厚度为1.2～1.6μm。本发明提供的BN‑Y/CrAlN复合涂层的硬度为24.4～30.1GPa，韧性可达9.82～11.86MPa·msupgt;1/2/supgt;，可作为干式、高速切削刀具表面涂层和高温服役耐磨工件的保护涂层。

技术领域

本发明涉及涂层材料技术领域，尤其涉及一种多相BN-Y/CrAlN复合涂层及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步和科技的发展，材料表面性能要求越来越高，高硬度、耐磨、耐腐蚀性、高抗断裂性能等指标是衡量当今刀具性能的重要指标。为此，人们开发了涂层刀具，即通过用化学或物理的方法在刀具表面涂覆一层性能优异的金属化合物，赋予刀具更好的综合性能。随着服役条件的日益严苛，涂层独有的超硬效应在机械工业和电子元件领域已经不能满足发展需要。而增加韧性成为现代机械加工用涂层领域亟待解决的问题。

刀具涂层由最初的TiC、TiN发展到以Ti、N等为基本元素，通过加入新的元素形成的多元涂层、多层涂层和纳米技术涂层。特别是加入Al元素后获得的TiA1N涂层，相对于传统的TiN涂层，其性能几乎得到全面提升。但是在高温极端场合此类刀具仍具有一定的局限性，比如没有足够的韧性而易引发断裂失效。

同时，CrAlN层也是一种常用的刀具涂层，且CrAlN涂层目前已经通过多种方法成功制得，例如申请号为CN201210510010.0、CN201410436427.6、CN201410253262.9、CN202011090557.0、CN202010194388.9、CN202010234046.5、CN201910663304.9等专利均涉及制备具有较高硬度的CrAlN涂层，但是均未对CrAlN涂层进行相关韧性的检测，也就是说，目前刀具涂层着重要求其涂层具有高硬度，即更耐磨损，而对涂层韧性没有较高要求。然而涂层如果只具有高硬度而无法同时兼具高韧性时，涂层脆性较高，这易使得涂层的抗裂纹扩展能力较差而易引发断裂失效的问题，同样不能更好地满足高速切削和干式切削的性能要求。

因此，亟须提供一种在满足硬度使用要求的前提下，还具有高韧性的CrAlN涂层及其制备方法，以更好地满足高速切削和干式切削的性能要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多相BN-Y/CrAlN复合涂层及其制备方法，本发明提供的多相BN-Y/CrAlN复合涂层在满足硬度使用要求的前提下，还具有高韧性的特点，能够更好地满足高速切削和干式切削的性能要求以及高温条件下服役的耐磨工件保护涂层的使用要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明的技术方案提供了一种多相BN-Y/CrAlN复合涂层，包括交替层叠排列的CrAlN层和多相BN-Y层；所述多相BN-Y层的微观结构包括面心立方结构的CrAlN相和六方结构的BN相；

每层CrAlN层的厚度独立地为4～6nm；每层多相BN-Y层的厚度独立地为0.4～2.4nm；所述多相BN-Y/CrAlN复合涂层的总厚度为1.2～1.6μm。

优选地，所述CrAlN层的晶粒为柱状晶。

本发明还提供了上述技术方案所述的多相BN-Y/CrAlN复合涂层的制备方法，包括：在基体表面通过磁控溅射依次交替溅射沉积CrAlN层和多相BN-Y层，得到多相BN-Y/CrAlN复合涂层；

所述CrAlN层的溅射沉积的电源为直流电源，所述直流电源的溅射功率为140～160W；每层CrAlN层的溅射沉积的时间独立地为10～18s；