[发明专利]一种TiSiCN纳米复合涂层、沉积装置、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种TiSiCN纳米复合涂层、沉积装置、制备方法及其应用，涉及表面涂层强化领域，包括过渡层和复合涂层；其中，过渡层厚度为10nm‑200nm，过渡层由由钛元素、铬元素和镍元素其中一种组成；复合涂层厚度为0.1μm‑3μm，复合涂层由如下百分比的成分组成：硅2％‑10％，钛20％‑45％，氮10％‑30％，其余为碳，制备过程包括：样品预处理、样品安装、抽真空、通入氩气、样品表面活化、过渡层制备、通入气体、制备复合涂层。本发明从提高硬质、超硬涂层的韧性角度出发，通过特殊的沉积工艺在切削刀具表面沉积具有超硬且韧特性的TiSiCN纳米复合涂层，以解决硬质涂层切削刀具涂层脱落、非均匀磨损的问题，此结构的涂层可以显著提高切削刀具的使用寿命，提高刀具应用范围。

技术领域

本发明涉及表面涂层强化领域，具体是涉及一种TiSiCN纳米复合涂层、沉 积装置、制备方法及其应用。

背景技术

硬质涂层已广泛应用于切削刀具表面处理领域以提高其使役性能，然而在高 速切削难加工材料时，由于硬质涂层固有的低韧性导致其受到较大外加冲击时很 容易产生裂纹并诱发涂层失效，导致切削刀具加速非均匀磨损，工件精密度、光 亮度严重受损。

发明内容

为解决上述技术问题，提供一种TiSiCN纳米复合涂层、沉积装置、制备方 法及其应用，本技术方案解决了上述背景技术中提出的硬质涂层已广泛应用于切 削刀具表面处理领域以提高其使役性能，然而在高速切削难加工材料时，由于硬 质涂层固有的低韧性导致其受到较大外加冲击时很容易产生裂纹并诱发涂层失 效，导致切削刀具加速非均匀磨损，工件精密度、光亮度严重受损的问题。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

一种TiSiCN纳米复合涂层，包括过渡层和复合涂层；

其中，所述过渡层厚度为10nm-200nm，所述过渡层由钛元素、铬元素和 镍元素其中一种组成；

所述复合涂层厚度为0.1μm-3μm，所述复合涂层由如下百分比的成分组成：

硅2％-10％，钛20％-45％，氮10％-40％，其余为碳。

优选的，所述复合涂层由纳米晶和薄层非晶相组成，所述纳米晶的晶粒尺寸 为2nm-12nm，纳米晶弥散分布在薄层非晶相内部。

优选的，所述纳米晶为碳氮化钛(TiCN)纳米晶，所述薄层非晶结构为氮 化硅(Si₃N₄)非晶相，涂层中钛以碳氮化钛纳米晶形式存在，除碳氮化钛(TiCN) 纳米晶中的碳元素外，少量碳元素弥散分布在包覆在碳氮化钛(TiCN)纳米晶 的非晶中，硅主要以氮化硅(Si₃N₄)的形式存在于非晶相内；部分氮元素以碳 氮化钛(TiCN)形式存在于纳米晶内，其余以氮化硅(Si₃N₄)形式存在于非晶 相内。

进一步的，提出一种TiSiCN纳米复合涂层的沉积装置，包括沉积腔，所述 沉积腔中部设置有圆柱靶位，所述沉积腔内部安装有绕圆柱靶位轴线旋转的旋转 工作台，所述旋转工作台上设置有若干个绕自身轴线旋转的样品台，多个样品台 呈圆周设置在旋转工作台上表面，所述沉积腔内部呈十字方向设置有矩形靶位， 所述矩形靶位前端设置有移动挡板，所述沉积腔周面设置有负压抽真空口、氮气 接口、氩气接口和乙炔接口，所述圆柱靶位和矩形靶位均为深振荡脉冲磁控溅射 靶位。

可选的，所述TiSiCN纳米复合涂层的沉积装置还包括控制系统、圆柱靶位 磁控电源、矩形靶位磁控电源和真空泵，所述矩形靶位磁控电源设置有多个，多 个所述矩形靶位磁控电源与矩形靶位一一对应，所述圆柱靶位磁控电源与圆柱靶 位对应，所述真空泵与负压抽真空口连通，所述控制系统与矩形靶位磁控电源连 接，所述矩形靶位磁控电源和与圆形靶位磁控电源均为深振荡脉冲磁控溅射电源， 所述控制系统与圆形靶位磁控电源电性连接，所述控制系统与真空泵电性连接。