[发明专利]一种超耐磨的复合涂层及制备方法和在牙板模具上的应用

说明书

本发明属于薄膜材料技术领域。本发明公开了一种超耐磨的复合涂层，包括粘结层、支撑层和耐磨层，支撑层附着在粘结层上面，主耐磨层附着在支撑层上面；粘结层为Cr，支撑层为CrN，耐磨层是由TiAlN层、TaN层与CrTiAlN层交替构成的多层复合涂层。本发明在TiAlN涂层基础上制备多层调制结构有望获得高硬度、高弹性模量、摩擦学性能优异以及高温抗氧化性能良好的复合涂层。TaN涂层具有高的热稳定性、高硬度和良好的界面稳定性等特性。将TaN引入硬质涂层材料中作为过渡层，可以阻止裂纹的产生与扩散，从而提高涂层与基体的粘附性与断裂韧性。

技术领域

本发明涉及薄膜材料技术领域，更具体的说是涉及一种超耐磨的复合涂层制备方法及其在牙板模具上的应用。

背景技术

牙板模具是用两块相同的、搓丝面有与螺栓螺纹的牙形相同螺旋角相同的牙形，在牙板模具相互运动时把两牙板之间的螺栓坯搓出螺纹的模具。

模具在使用过程中主要出现磨损、腐蚀、塑性变形和断裂等失效形式，模具的失效导致其使用寿命缩短，其中，磨损是造成模具使用寿命缩短的主要原因。采用表面工程技术在模具表面制备一层或多层复合的耐磨涂层是一个非常有效的途径,可以大幅度提高模具表面的耐磨损性能，该项技术已广泛应用于模具工业中。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种超耐磨的复合涂层，通过TiAlN层、TaN 层与CrTiAlN层交替构成的多层复合涂层，具有超耐磨、耐腐蚀性强以及高延展性的优点。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的目的之一是提供一种超耐磨的复合涂层，包括粘结层、支撑层和耐磨层，支撑层附着在粘结层上面，主耐磨层附着在支撑层上面；粘结层为Cr，支撑层为CrN，耐磨层是由TiAlN层、TaN层与CrTiAlN层交替构成的多层复合涂层。

优选的，粘结层厚度为70～90纳米，支撑层厚度为300～400纳米，主耐磨层厚度为5～8微米。

优选的，所述TiAlN层为纳米晶结构，每层TiAlN厚度为0.4～0.8微米，晶粒尺寸为10～20纳米；每层TaN层厚度为0.3～1微米，晶粒尺寸为10～ 30纳米；所述CrTiAlN层为CrN和TaN交替构成的超晶格结构，每层CrTiAlN 厚度为1～3微米，调制周期为4～20纳米。

本发明的目的之二是将超耐磨的复合涂层沉积在压板模具上，牙板模具基体为硬质合金。

本发明的目的之三是提供一种超耐磨的复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)预处理：将硬质合金基体进行机械研磨、抛光，首先在肥皂水中清洗并用去离子水冲洗，然后依次浸入丙酮和酒精中分别进行超声清洗各 8-12min，冷风吹干备用；

(2)在Ar气环境、真空度1.5×10^-2～2.5×10^-2Pa、200～400℃、-600～ -900V偏压条件下，打开多弧Cr靶在硬质合金基体上沉积Cr粘结层；然后在氮气环境、真空度1.5～3.0Pa、300～400℃、-100～-400V偏压条件下，在Cr 粘结层上沉积CrN支撑层；

(3)在氮气环境下，真空度3.0～5.0Pa、300～400℃、偏压-50～-200V 条件下，打开TiAl靶，在CrN支撑层上沉积耐磨层，耐磨层为TiAlN层、TaN 层与CrTiAlN层交替构成的多层复合涂层；沉积结束后，将硬质合金基体放入真空管式炉中，通入氮气氛保护，在500～800℃下退火处理后，随炉冷却后取出硬质合金基体。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：