[发明专利]一种纳米复合硬质涂层及其制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米复合硬质涂层及其制备方法，是采用电弧离子镀和磁控溅射技术复合制备，通过周期性调节工艺参数，使电弧离子镀层即高应力层和磁控溅射层即低应力层分别交替循环沉积，从而有效地调整硬质涂层内的残余应力，获得纳米复合硬质涂层。本发明结合电弧离子镀技术离化率、入射粒子能量高和磁控溅射技术膜层均匀、表面平整等优点，同时考虑到材料热膨胀系数的差异，在金属基体表面镀一层过渡层，再复合制备多层纳米复合硬质涂层，通过调节涂层内的残余应力分布，在保持涂层高硬度及耐磨性能的前提下，可以进一步提高其膜基结合力。

主权项

1.一种纳米复合硬质涂层的制备方法，其特征在于：是采用电弧离子镀和磁控溅射技术复合制备，包括下述步骤：(1)金属基体前处理工艺：金属基体先后经过酒精、金属洗涤剂、去离子水超声波清洗5～10min，然后用干燥洁净压缩空气吹干装入真空室内，预抽本底真空至3.0～5.0×10‑3Pa；(2)镀膜前预热至100～300℃，通入40～80sccm Ar气，升压至0.3～0.5Pa，基体加占空比30％～40％和600～800V的脉冲偏压，然后开启电弧靶，调节靶电流50～70A，进行弧光清洗5～10min，清洗基体和靶材表面的杂质和氧化物；(3)保持其他参数不变，降低基体偏压至50～200V，沉积温度100～300℃，沉积2～4min，过渡层厚度为90～180nm，过渡层的材质为Ti；(4)调节Ar和N2气流量阀，同时通入0～5sccm Ar和40～80sccm N2，工作气压升至0.5～1.0Pa，沉积温度100～300℃，沉积10～14min，电弧离子镀层厚度为450～630nm；(5)关闭电弧靶，调节Ar和N2气流量阀，同时通入20～30sccm Ar和1～5sccm N2，调节工作气压至0.3～0.5Pa，开启磁控靶，调节靶源功率100～300W，沉积温度100～300℃，沉积24～60min，磁控溅射层厚度大约180～450nm；(6)通过周期性调节工艺参数，使电弧离子镀层即高应力层和磁控溅射层即低应力层分别交替循环沉积，高应力层和低应力层的材质为TiN，从而有效地调整硬质涂层内的残余应力，获得纳米复合硬质涂层。