[发明专利]一种CrAlVSiN涂层的制备方法

说明书

本发明属于表面工程技术领域，具体涉及一种CrAlVSiN涂层的制备方法，该CrAlVSiN涂层包括过渡层、中间层和功能层，过渡层沉积于基材表面，中间层沉积于过渡层上，功能层沉积于中间层上；过渡层为TiAlN，中间层为CrAlTiN；功能层为CrAlTiN。本发明通过引入射频、脉冲等辉光放电，或霍尔放电模式引入高能离子束进行活化处理，优化过程参数，实现了CrAlVSiN硬质涂层膜基结合力的提升，制备获得的CrAlVSiN涂层硬度高、耐磨性强并且抗高温氧化，在作为刀具、模具和轴承的表面功能涂层时能够表现出良好的切削寿命、抗粘附性和强化保护作用。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，具体涉及一种CrAlVSiN涂层的制备方法。

背景技术

高速钢具有较高的强度、硬度、导热性和较低的热膨胀系数、热疲劳敏感性，一直是刀具、模具和轴承的主要制造材料，但普遍存在升温后耐磨性和抗氧化能力较差的问题，因此，在不改变基材力学性能的基础进行表面改性和强化至关重要。CrAlN涂层主要由CrN(fcc)和AlN(fcc)相组成，具有较高的硬度和耐磨性，同时，Al和Cr元素在接触区产生高温时形成致密的氧化物(Al₂O₃和Cr₂O₃)，从而阻碍氧原子往内部渗透、起到抗高温氧化的作用，能显著地降低涂层的氧化磨损，从而起到保护刀模具、延长寿命的作用。

但是CrAlN涂层质硬且脆，与基材间存在明显的硬度、弹性模量和热膨胀系数等参数梯度差，膜基界面处分子相互作用较弱，实际使用时于界面处易出现涂层开裂、剥落等现象；且CrAlN脆性较大、韧性和塑性较低，对微裂纹的产生和扩展缺乏包覆和自愈能力，涂层中裂纹生长速度极快，在载荷、温度和服役时长等条件变化时涂层易急剧失效，限制了涂层对刀具的保护能力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CrAlVSiN涂层的制备方法，通过引入射频、脉冲等辉光放电，或霍尔放电模式引入高能离子束进行活化处理，优化过程参数，实现了CrAlVSiN硬质涂层膜基结合力的提升，制备获得的CrAlVSiN涂层硬度高、耐磨性强并且抗高温氧化，在作为刀具、模具和轴承的表面功能涂层时能够表现出良好的切削寿命、抗粘附性和强化保护作用；有效解决了现有技术中刀具、模具和轴承材料涂层在高温环境中耐磨性弱、抗氧化性差、使用寿命短等问题。

实现本发明目的的技术方案：

一种CrAlVSiN涂层的制备方法，所述CrAlVSiN涂层包括过渡层、中间层和功能层，过渡层沉积于基材表面，中间层沉积于过渡层上，功能层沉积于中间层上；过渡层为TiAlN，中间层为CrAlTiN；功能层为CrAlTiN。

所述功能层包括功能层1和功能层2，功能层1沉积于中间层上，功能层2沉积于功能层1上；功能层1为低铝高铬的CrAlVSiN，功能层2为高铝低铬的CrAlVSiN。

所述CrAlVSiN涂层的制备方法包括以下步骤：

步骤1、对基材进行清洗后安装入炉并抽真空加热、保温；

步骤2、对基材表面进行活化处理；

步骤3、对基材表面进行金属离子轰击；

步骤4、利用磁控溅射镀膜技术沉积TiAlN过渡层；

步骤5、利用磁控溅射镀膜技术沉积CrAlTiN中间层；

步骤6、利用磁控溅射镀膜技术依次沉积低铝高铬的CrAlVSiN功能层1和高铝低铬的CrAlVSiN功能层2。

所述步骤1中抽真空加热温度为200-400℃，抽净真空为3.0×10^-3Pa以下，保温时间为1～2小时。

所述步骤2具体为：通入气体，利用等离子体放电产生的高能离子束进行辉光溅射清洗和基体表面活化。