[发明专利]一种含有碳化硅纳米插入层的涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种含有碳化硅纳米插入层的涂层及其制备方法，属于保护性涂层领域。本发明综合利用了AlCrTiN层和SiC纳米插入层，得到了兼具高硬度和高耐磨的涂层，能够弥补传统合金在刀具涂层使用中的不足，拓宽了刀具涂层的研究范围。当所述SiC纳米插入层的厚度小于0.5nm时会发生非晶晶化，与模板层AlCrTiN层发生共格外延生长，从而促进AlCrTiN层的柱状晶生长，因此涂层的结晶性变强，硬度进一步得到提高，两层之间形成的共格界面对位错也有阻碍作用，因此含有碳化硅纳米插入层的AlCrTiN涂层具有高的硬度、弹性模量和耐磨性，最大硬度可达到41.5GPa，可以在复杂的高速切削环境下工作。

技术领域

本发明涉及保护性涂层技术领域，尤其涉及一种含有碳化硅纳米插入层的涂层及其制备方法。

背景技术

由于制造业日益飞速的发展，各种生产环境也日益复杂，刀具面临的工作环境越来越恶劣。传统的合金涂层功能不够全面，难以维持刀具所需的性能。因此把刀具涂层的开发转向了新型材料。

高熵合金是一种新型合金，它具有高的混合熵值，元素之间一般形成简单的固溶体相，力学性能较好，还可以根据加入不同的组分元素，得到更全面的性质。高熵合金氮化物薄膜的力学性能较好，被学者们应用在保护性涂层上；纳米多层膜具备“模板效应”，在特定的调制周期内，在模板层的作用下，调制层能够转化为与模板层相同的晶体结构，或者从非晶转为晶体，两层之间形成共格外延生长，从而导致硬度升高。

现有技术中已有制备高熵合金氮化物基纳米多层膜的相关记载，如中国专利201811089578.3公开了一种TiN/ZrN纳米多层涂层，包括基体和交替沉积的TiN层和ZrN层，涂层的硬度高达28GPa以上；中国专利201810196889.3公开了一种CrAlN/TiAlN纳米多层硬质涂层的制备方法，采用Ti作为过渡层溅射靶材，用CrAl合金靶和TiAl合金靶作为多层膜溅射靶材，溅射出来的金属离子与N₂发生反应形成氮化物并沉积在基底上形成致密的表面涂层；中国专利201310082478.9公开了一种Ti/TiCrN纳米多层涂层叶轮，Ti/TiCrN纳米多层涂层叶轮可以保持较高硬度的同时提高涂层的韧性和与基体间的结合强度，从而提高涂层的耐冲击性和耐磨性；中国专利200910055595.X公开了一种TiC/Si₃N₄纳米多层涂层及其制备方法，TiC/Si₃N₄高硬度纳米多层涂层由TiC层和Si₃N₄层交替沉积在金属、硬质合金或陶瓷基底上形成，TiC/Si₃N₄纳米多层涂层不但具有优良的高温抗氧化性，而且具有高于40GPa的硬度。

然而，上述现有的涂层仍存在着硬度和耐磨性无法兼顾的问题，不能满足高速切削和干式切削的性能要求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种含有碳化硅纳米插入层的涂层及其制备方法。本发明提供的涂层兼具高硬度和高耐磨的优点。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种含有碳化硅纳米插入层的涂层，包括交替层叠设置的AlCrTiN层和SiC纳米插入层，所述SiC纳米插入层位于两层AlCrTiN层之间。

优选地，所述涂层的总厚度为1.5～3.5μm。

优选地，所述AlCrTiN层的厚度独立地为6～8nm，所述SiC纳米插入层的厚度独立地为0.2～1.2nm。

优选地，所述SiC纳米插入层的厚度独立地为0.2～0.5nm。

优选地，所述AlCrTiN层的厚度为7.5nm。

本发明还提供了上述技术方案所述的含有碳化硅纳米插入层的涂层的制备方法，包括以下步骤：