[发明专利]一种TiAlN复合薄膜的制备方法以及稀土掺杂TiAlN复合膜层

说明书

本发明属于磁控溅射领域，具体涉及一种TiAlN复合薄膜的制备方法以及稀土掺杂TiAlN复合膜层。该方法包括以下步骤：(1)采用磁控溅射方式在基体表面制备稀土合金过渡层；所述稀土合金过渡层由La、Ce中的一种和Ti组成；(2)以氮气为工作气体，通过磁控溅射在稀土合金过渡层上制备TiAlLaN薄膜或TiAlCeN薄膜；其中，La或Ce的掺杂量为2.5～5.5％。本发明的采用磁控溅射制备稀土掺杂TiAlN复合薄膜，沉积所得薄膜致密性和膜基结合力好，摩擦学性能优良，非常适于TiAlN复合薄膜的工业化制备。

技术领域

本发明属于磁控溅射领域，具体涉及一种TiAlN复合薄膜的制备方法以及稀土掺杂TiAlN复合膜层。

背景技术

TiAlN涂层作为一种新型涂层材料，是在TiN涂层的基础上发展而来，具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、附着力强、摩擦系数小、导热系数小、热导率低等优良特性，尤其适用于高速切削高合金钢、不锈钢、钛合金、镍合金等材料。

但随着数控技术和加工中心的飞速发展，对TiAlN等硬质薄膜提出了更高的要求。陈一胜等研究了热处理对TiAlCeN涂层结构和性能的影响(材料热处理技术，2010年第39卷第20期)，其是采用电弧离子镀技术制备了TiAlCeN涂层，并对其进行了800～1100℃的热处理。结果显示，TiAlCeN涂层需要经过900℃×3h的高温处理，才能显示出最优的综合性能，其显微硬度达到2000HV_0.5，结合强度最高可达65N。

电弧离子镀技术制备薄膜必然存在熔滴缺陷，而且还需要配合热处理来获得较好的综合性能，整体工艺过程较为复杂，这大大增加了TiAlCeN涂层的工业化生产难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种TiAlN复合薄膜的制备方法，采用更适合工业化生产的方式，制备硬度和摩擦学性能良好的TiAlN复合薄膜。

本发明的第二个目的是提供一种稀土掺杂TiAlN复合膜层。

为实现上述目的，本发明的TiAlN复合薄膜的制备方法的技术方案是：

一种TiAlN复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用磁控溅射方式在基体表面制备稀土合金过渡层；所述稀土合金过渡层由La、Ce中的一种和Ti组成；

(2)以氮气为工作气体，通过磁控溅射在稀土合金过渡层上制备TiAlLaN薄膜或TiAlCeN薄膜。

本发明的采用磁控溅射制备稀土掺杂TiAlN复合薄膜，沉积所得薄膜致密性和膜基结合力好，摩擦学性能优良，非常适于TiAlN复合薄膜的工业化制备。

优选的，步骤(1)中，所述稀土合金过渡层为La、Ti组成的La-Ti合金，所述La-Ti合金由La-Ti合金靶材溅射得到；La-Ti合金靶材中La、Ti的质量比为10:90；La-Ti合金制备时，工作压强为0.2-0.6Pa，溅射功率为80-110W，溅射时间为10-30min。

更优选的，步骤(2)中，制备TiAlLaN薄膜时使用Al靶、La-Ti合金靶共溅射；工作压强为0.2-0.6Pa，Al靶溅射功率为180-230W，La-Ti合金靶溅射功率为80-110W，共溅射时间为100-150min；La-Ti合金靶由La、Ti按质量比10:90组成。进一步优选的，氮气的通入流量为25-50sccm。

优选的，步骤(1)中，所述稀土合金过渡层为Ce、Ti组成的Ce-Ti合金，所述Ce-Ti合金由Ce-Ti合金靶材溅射得到；Ce-Ti合金靶材中Ce、Ti的质量比为50:50；Ce-Ti合金制备时，工作压强为0.2-0.6Pa，溅射功率为20-60W，溅射时间为10-30min。