專利名稱：高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型硬質(zhì)保護涂層，特別涉及一種高硬度高彈性模量的TiAlN/ AlON納米多層涂層及其制備方法，主要應(yīng)用在干式、高速切削加工刀具表面，從而提高刀具的壽命。
背景技術(shù)：
隨著金屬切削技術(shù)不斷向高速度、高精度方向的發(fā)展以及干切削技術(shù)的推廣，對切削刀具涂層的性能提出了越來越高的要求即要求具備高硬度、高彈性模量、低摩擦系數(shù)等優(yōu)良力學(xué)性能和良好的抗高溫氧化性能，因而在切削刀具的基體上涂覆性能優(yōu)良的涂層成為常用的改良切削刀具性能的方法。目前常用的TiN涂層的硬度約為23GPa，其抗氧化溫度約為500°C ；TiCN涂層的硬度大于40GPa，但其抗高溫氧化溫度僅為400°C ；目前應(yīng)用前景最好的TiAlN涂層是在面心立方的TiN中加入Al后形成的三元固溶體，研究表明，TiAlN涂層具有比TiN涂層更高的硬度以及更好的熱穩(wěn)定性和機械加工性能，硬度一般為32GPa，其抗氧化溫度可以達(dá)到 800°C以上。對于保護性的硬質(zhì)涂層而言，當(dāng)在高溫環(huán)境下工作時，熱穩(wěn)定性就顯得尤為重要。此前，研究人員William D. Sproul曾提出采用兩種氧化物制備納米多層涂層使其兼?zhèn)涓哂捕群蛢?yōu)異的抗氧化性能的技術(shù)路線，但是，按此技術(shù)路線制備的&02/Α1203和則 IO3均未獲得硬度提高的效果。其中，ZrO2Al2O3由于Al2O3的非晶態(tài)阻斷了形成超硬效應(yīng)的共格界面，而&02/Y203則因為二者剪切模量差不夠大而未能出現(xiàn)超硬效應(yīng)。通過查文獻(xiàn)得知，納米多層涂層目前已經(jīng)通過多種方法成功制得，廣泛用于二元/ 氧化物或氮化物組合，取得不少有益的成果，如TiN/SiNx等。對現(xiàn)有技術(shù)的搜索發(fā)現(xiàn)為提高涂層性能，已有的技術(shù)，如美國專利US6565957、 US6638571、US5766782 和中國專利 95108982. X 等，采用 TiN 與 0. 1-0. 8nm 厚的 Al2O3 組合而達(dá)到提高抗氧化能力的目的，但由于Al2O3的硬度遠(yuǎn)低于氮化物而導(dǎo)致涂層材料硬度和彈性模量的明顯下降，從而限制了該涂層材料的應(yīng)用。通過查詢，檢索到如下有關(guān)制備納米多層涂層的中國專利
申請?zhí)枮?00510111216. 6涉及一種陶瓷材料技術(shù)領(lǐng)域的高硬度&N/A12 (CVxNx) 3納米多層涂層，其由Al2(CVxNx)3層和層交替沉積在金屬、硬質(zhì)合金或陶瓷的基體上而形成， 具有優(yōu)良的高溫抗氧化性，同時具有高于30GPa的硬度和超過1000°C的抗氧化溫度，能夠作為高速切削刀具及其它在高溫條件下服役耐磨工件的涂層。申請?zhí)枮?200910055596 和 200910055595 分別涉及一種 VC/Si3N4 和 TiC/Si3N4 納米多層涂層及其制備方法，屬于陶瓷涂層領(lǐng)域。VC/Si3N4高硬度納米多層涂層由VC層和Si3N4 層交替沉積在金屬、硬質(zhì)合金或陶瓷基體上形成，具有優(yōu)良的高溫抗氧化性，最高達(dá)800°C 的抗氧化溫度而且具有高于40GPa的硬度。該發(fā)明用作為高速切削刀具尤其是高速切削的銑削刀具和螺紋刀具的表面涂層。
申請?zhí)枮?00410053490. 8的專利涉及一種TiN/Si02納米多層涂層，其硬度高達(dá) 40GI^且具有優(yōu)良的抗高溫氧化性。該涂層在Ar氣氛中直接由TiN和SW2陶瓷靶制得，但因其沉積效率低而限制了在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。申請?zhí)枮?00610029134. 1的專利涉及一種VN/Si&多層涂層，其在一定程度上達(dá)到了高效、高硬度(>30GPa)和優(yōu)良的抗高溫氧化性。該專利所述涂層在Ar+隊氣氛中直接由V和S^2陶瓷靶制得，因而具有沉積效率高的優(yōu)點。申請?zhí)枮?00610045989. 3的專利公開了一種在寬溫度范圍內(nèi)抗高溫腐蝕的CrN/ TiAlN防護涂層及其制備方法，其采用反應(yīng)共濺方式獲得內(nèi)層為CrN、外層為Al，且含量呈梯度分布的TiAlN層，表層達(dá)到Crai8Ala82N。具有很好的抗熱腐蝕性能，可提高高溫合金在較寬的溫度范圍內(nèi)抗氧化和熱腐蝕性能。上述現(xiàn)有的涂層均存在著硬度、抗氧化溫度以及沉積效率無法兼顧的問題，具有硬度和彈性模量不夠高、抗高溫氧化性差、生產(chǎn)效率低、能耗大等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種具有高硬度、高彈性模量和優(yōu)異抗高溫氧化性能的TiAlN/AlON納米多層涂層，其采用三元氮化物和氧化物的組合， 由TiAlN層和AlON層交替沉積在基體上形成納米量級的多層結(jié)構(gòu)，以達(dá)到全面提高硬度、 彈性模量和抗高溫氧化性能的效果，可作為高速干式切削的刀具涂層和其他領(lǐng)域的保護涂層。本發(fā)明的另外一目的是提供了所述TiAlN/AlON納米多層涂層的制備方法，該制備方法具有生產(chǎn)效率高、能耗低、對設(shè)備要求較低等優(yōu)點。本發(fā)明的技術(shù)方案
一種高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層，由多個TiAlN層和AlON層構(gòu)成，靠近基體的一層為TiAlN層，最上層為AlON層，各TiAlN層和AlON層交替沉積在基體上形成納米量級多層結(jié)構(gòu)。其總厚度優(yōu)選為1. 5 2. 0 μ m，每一層TiAlN的厚度約為2. 2nm,每一層AlON的厚度為0. 2 1. 5nm ；
所述基體為金屬、硬質(zhì)合金、陶瓷或塑料。本發(fā)明所述的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層當(dāng)AlON層厚度小于 1. Onm時被TiAlN所晶化，為面心立方結(jié)構(gòu)。所述的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的制備方法，采用反應(yīng)濺射法制備所述TiAlN/AlON納米多層涂層，其方法步驟如下
(1)、清洗基體
首先將經(jīng)拋光處理后的基體送入超聲波清洗機，在分析純的無水酒精和丙酮中利用 15 30kHz超聲波進(jìn)行清洗5 IOmin ；然后進(jìn)行離子清洗，即將基體裝進(jìn)真空室，抽真空到5 X KT3Pa后通入Ar氣，維持真空度在2_4Pa，用中頻對基體進(jìn)行為時30min的離子轟擊， 功率為80-100W ；
所述基體為金屬、硬質(zhì)合金、陶瓷或塑料；
(2)、交替濺射TiAlN層和AlON層
將基體置入多靶磁控濺射儀并交替停留在TiAl合金靶和Al2O3靶之前，通過濺射獲得由多個TiAlN層和AlON層交替疊加的納米量級多層涂層，過程中調(diào)整靶功率和沉積時間以控制每一涂層的厚度，最終得本發(fā)明的一種高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層。上述的濺射過程的工藝控制參數(shù)為
采用 TiAl (50 atom%:50 atom%)合金靶，直徑為 75mm ；Ar 氣流量10-50sccm, N2 氣流量:l-30sccm, TiAlN層濺射功率250W，沉積時間18s ；
采用 Al2O3 靶(99. 99%)，直徑為 75mm ；Ar 氣流量10_50sccm，隊氣流量l_30sccm，A10N 層濺射功率60-120W，沉積時間3-lOs ；
靶基距3-7cm ；總氣壓范圍0. 1-0. 4Pa ；基體溫度<200°C。本發(fā)明的有益技術(shù)效果
本發(fā)明所述高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層，由于納米涂層的超硬效應(yīng)和AlON層對氧原子擴散的阻礙作用，因此具有高硬度、高彈性模量和優(yōu)異的抗高溫氧化性能，經(jīng)檢測，其硬度高達(dá)36GPa、彈性模量達(dá)385. 6GPa,并且制備過程具有生產(chǎn)效率高、能耗低、對設(shè)備要求較低等優(yōu)點，本發(fā)明可用作為高速、干式切削的刀具涂層和其他領(lǐng)域中基體的保護涂層。


圖1、實施例1所得的TiAlN/AlON納米多層涂層橫截面的高分辨透射電鏡照片圖2、實施例1所得的TiAlN/AlON納米多層涂層的XRD圖譜。
具體實施例方式下面通過具體實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不限制本發(fā)明。本發(fā)明所用的測量儀器
JGP-450型磁控濺射系統(tǒng)，中科院沈陽科學(xué)儀器研制中心有限公司 D/MAX 2550 VB/PC型X射線衍射儀，日本理學(xué)株式會社 NANO Indenter G200型納米壓痕儀，美國安捷倫科技公司 Tecnai G2 20型高分辨透射電子顯微鏡，美國FEI公司實施例1
本發(fā)明所述的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層在多靶磁控濺射儀上采用反應(yīng)濺射法進(jìn)行制備，其方法步驟及工藝參數(shù)如下 (1)、清洗基體
所用的基體為W6Mo5Cr4V2高速鋼，首先將經(jīng)打磨鏡面拋光處理后的基體送入M308457 超聲波清洗機，在分析純的無水酒精和丙酮中利用15 30kHz超聲波進(jìn)行清洗5 IOmin ； 然后進(jìn)行離子清洗，即將基體裝進(jìn)真空室，抽真空到5X 10_3Pa后通入Ar氣，維持真空度在 2-4Pa ；用中頻13. 56Hz對基體進(jìn)行為時30min的離子轟擊，功率為80-100W ；真空室的本底真空優(yōu)于3Xl(T3Pa。(2)、交替濺射TiAlN層和AlON層
將基體置入JGP-450型多靶磁控濺射儀，通過交替調(diào)整停留在TiAl靶和Al2O3靶之前， 經(jīng)濺射獲得具有成分調(diào)制結(jié)構(gòu)的TiAlN層和AlON層交替疊加的納米量級多層涂層，過程中調(diào)整靶功率和沉積時間以控制每一涂層的厚度，最終得本發(fā)明的高硬度高彈性模量TiAlN/
5AlON納米多層涂層。其中，TiAlN層由TiAl合金靶在Ar+N2的氣氛下制得，而AlON層在濺射Al2O3化合物過程中部分0被N所替代而形成；AlON層厚度小于1. Onm時被TiAlN所晶化，其具有共格外延生長的特征，為面心立方結(jié)構(gòu)；
上述濺射的工藝參數(shù)為
采用 TiAl (50 atom%:50 atom%)合金靶，直徑為 75mm ;Ar 氣流量10-50sccm，％ 氣流量l-30sccm, Ar 氣分壓為 0. 194Pa, N2 氣分壓為 0. 606 X KT2Pa ；TiAlN 層濺射功率 250W, 沉積時間18s ；
采用Al2O3靶，直徑為75mm ；Ar氣流量10-50sccm，N2氣流量l-30sccm，Ar氣分壓為 0. 194Pa，N2氣分壓為0. 606 X KT2Pa ；AlON層濺射功率60W，沉積時間3s ； 靶基距3-7cm ；總氣壓范圍0. 1-0. 4Pa ；基體溫度范圍<200°C。最終所得的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層經(jīng)ΝΑΝΟ Indenter G200 型納米壓痕儀檢測，硬度為32. 4GPa，彈性模量為343. 5GPa ；
由高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對上述所得的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的斷面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，結(jié)果見圖1，從圖1中可以看出本發(fā)明的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層材料由多個TiAlN層和AlON層構(gòu)成，各TiAlN層和AlON層交替地沉積在基體上，從而形成納米量級的多層結(jié)構(gòu)，其中TiAlN層厚度為2. 2nm, AlON厚度為0. 2nm,總厚度為1. 53 μ m。經(jīng)X-射線物相分析，結(jié)果見圖2，從圖2中可以看出AlON層為面心立方結(jié)構(gòu)，擇優(yōu)取向為(111)和(200 )，涂層厚度均勻，層與層結(jié)合緊密。實施例2
高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的制備方法，所用的基體為W6Mo5Cr4V2 高速鋼，其方法步驟同實施例1。濺射過程的控制參數(shù)如下
采用 TiAl (50 atom%:50 atom%)合金靶，直徑為 75mm ；Ar 氣流量10-50sccm, N2 氣流量l-30sccm, Ar 氣分壓為 0. 194Pa, N2 氣分壓為 0. 606 X KT2Pa ；TiAlN 層濺射功率 250W, 沉積時間18s ；
采用Al2O3靶，直徑為75mm ；Ar氣流量10-50sccm，N2氣流量l-30sccm，Ar氣分壓為 0. 194Pa，N2氣分壓為0. 606 X KT2Pa ；AlON層濺射功率120W，沉積時間3s ； 靶基距3-7cm ；總氣壓范圍0. 1-0. 4Pa ；基體溫度范圍<200°C。最終得到的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層經(jīng)ΝΑΝΟ Indenter G200 型納米壓痕儀檢測，硬度為^GPa，彈性模量為296GPa ；
由高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對上述所得的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的斷面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，可以看出本發(fā)明的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層材料由多個TiAlN層和AlON層構(gòu)成，各TiAlN層和AlON層交替地沉積在基體上，從而形成納米量級的多層結(jié)構(gòu)，其中TiAlN層厚度為2. 2nm，AlON厚度為1. 5nm，總厚度為 2. 0 μ m。經(jīng)X射線物相分析，AlON層為面心立方結(jié)構(gòu)，擇優(yōu)取向為(111)和(200)，涂層厚
度均勻，層與層結(jié)合緊密。
實施例3
高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的制備方法，所用的基體為W6Mo5Cr4V2 高速鋼，其方法步驟同實施例1。濺射過程的控制參數(shù)如下
采用 TiAl (50 atom%:50 atom%)合金靶，直徑為 75mm ；Ar 氣流量10-50sccm, N2 氣流量l-30sccm, Ar 氣分壓為 0. 194Pa, N2 氣分壓為 0. 606 X KT2Pa ；TiAlN 層濺射功率 250W, 沉積時間18s ；
采用Al2O3靶，直徑為75mm ；Ar氣流量10-50sccm，N2氣流量l-30sccm，Ar氣分壓為 0. 194Pa，N2氣分壓為0. 606 X KT2Pa ；AlON層濺射功率80W，沉積時間3s ； 靶基距3-7cm ；總氣壓范圍0. 1-0. 4Pa ；基體溫度范圍<200°C。最終得到的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層經(jīng)ΝΑΝΟ Indenter G200 型納米壓痕儀檢測，硬度為33. 7GPa，彈性模量為353GPa ；
由高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對上述所得的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的斷面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，可以看出本發(fā)明的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層材料由多個TiAlN層和AlON層構(gòu)成，各TiAlN層和AlON層交替地沉積在基體上，從而形成納米量級的多層結(jié)構(gòu)，其中TiAlN層厚度為2. 2nm,A10N厚度為0. 3nm，總厚度為 1. 68μπι ；
經(jīng)X-射線物相分析，AlON層為面心立方結(jié)構(gòu)，擇優(yōu)取向為(111)和(200)，涂層厚度均勻，層與層結(jié)合緊密。實施例4
高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的制備方法，所用的基體為W6Mo5Cr4V2 高速鋼，其方法步驟同實施例1。濺射過程的控制參數(shù)如下
采用 TiAl (50 atom%:50 atom%)合金靶，直徑為 75mm ；Ar 氣流量10-50sccm, N2 氣流量l-30sccm, Ar 氣分壓為 0. 194Pa, N2 氣分壓為 0. 606 X KT2Pa ；TiAlN 層濺射功率 250W, 沉積時間18s ；
采用Al2O3靶，直徑為75mm ；Ar氣流量10-50sccm，N2氣流量l-30sccm，Ar氣分壓為 0. 194Pa，N2氣分壓為0. 606 X KT2Pa ；AlON層濺射功率80W，沉積時間5s ； 靶基距3-7cm ；總氣壓范圍0. 1-0. 4Pa ；基體溫度范圍<200°C。最終得到的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層經(jīng)ΝΑΝΟ Indenter G200 型納米壓痕儀檢測，硬度為34. 6GPa，彈性模量為367GPa ；
由高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對上述所得的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的斷面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，可以看出本發(fā)明的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層材料由多個TiAlN層和AlON層構(gòu)成，各TiAlN層和AlON層交替地沉積在基體上，從而形成納米量級的多層結(jié)構(gòu)，其中TiAlN層厚度為2. 2nm,A10N厚度為0. 5nm，總厚度為 1. 76μπι ；
經(jīng)X-射線物相分析，AlON層為面心立方結(jié)構(gòu)，擇優(yōu)取向為(111)和(200)，涂層厚度均勻，層與層結(jié)合緊密。實施例5高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的制備方法，所用的基體為W6Mo5Cr4V2 高速鋼，其方法步驟同實施例1。濺射過程的控制參數(shù)如下
采用 TiAl (50 atom%:50 atom%)合金靶，直徑為 75mm ；Ar 氣流量10-50sccm, N2 氣流量l-30sccm, Ar 氣分壓為 0. 194Pa, N2 氣分壓為 0. 606 X KT2Pa ；TiAlN 層濺射功率 250W, 沉積時間18s ；
采用Al2O3靶，直徑為75mm ；Ar氣流量10-50sccm，N2氣流量l-30sccm，Ar氣分壓為 0. 194Pa，N2氣分壓為0. 606 X IO^2Pa, AlON層濺射功率8W，沉積時間7s ； 靶基距3-7cm ；總氣壓范圍0. 1-0. 4Pa ；基體溫度范圍<200°C。最終得到的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層經(jīng)ΝΑΝΟ Indenter G200 型納米壓痕儀檢測，硬度為36GPa，彈性模量為385. 6GPa ；
由高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對上述所得的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的斷面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，可以看出本發(fā)明的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層材料由多個TiAlN層和AlON層構(gòu)成，各TiAlN層和AlON層交替地沉積在基體上，從而形成納米量級的多層結(jié)構(gòu)，其中TiAlN層厚度為2. 2nm,A10N厚度為0. 7nm，總厚度為 1. 84μπι ；
經(jīng)X-射線物相分析，可以看出AlON層為面心立方結(jié)構(gòu)，擇優(yōu)取向為(111)和(200)，涂層厚度均勻，層與層結(jié)合緊密， 實施例6
高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的制備方法，所用的基體為W6Mo5Cr4V2 高速鋼，其方法步驟同實施例1。濺射過程的控制參數(shù)如下
采用 TiAl (50 atom%:50 atom%)合金靶，直徑為 75mm ；Ar 氣流量10-50sccm, N2 氣流量l-30sccm, Ar 氣分壓為 0. 194Pa, N2 氣分壓為 0. 606 X KT2Pa ；TiAlN 層濺射功率 250W, 沉積時間18s ；
采用Al2O3靶，直徑為75mm ；Ar氣流量10-50sccm，N2氣流量l-30sccm，Ar氣分壓為 0. 194Pa，N2氣分壓為0. 606 X IO^2Pa, AlON層濺射功率80W，沉積時間9s ； 靶基距3-7cm ；總氣壓范圍0. 1-0. 4Pa ；基體溫度范圍<200°C。最終得到的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層經(jīng)ΝΑΝΟ Indenter G200 型納米壓痕儀檢測，硬度為30GPa，彈性模量為331GPa ；
由高分辨透射電子顯微鏡(HRTEM)對上述所得的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的斷面微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，可以看出本發(fā)明的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層材料由多個TiAlN層和AlON層構(gòu)成，各TiAlN層和AlON層交替地沉積在基體上，從而形成納米量級的多層結(jié)構(gòu)，其中TiAlN層厚度為2. 2nm,A10N厚度為1. 3nm，總厚度為 1.91ym；
經(jīng)X-射線物相分析，AlON層為面心立方結(jié)構(gòu)，擇優(yōu)取向為(111)和(200)，涂層厚度均
勻，層與層結(jié)合緊密。上述具體實施例只是用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層，其特征在于所述納米涂層由多個TiAlN層和AlON層構(gòu)成，各TiAlN層和AlON層交替沉積在基體上；所述基體為金屬、硬質(zhì)合金、陶瓷或塑料。
2.如權(quán)利要求1所述的一種高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層，其特征在于所述基體為W6Mo5Cr4V2高速鋼。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層，其特征在于TiAlN/AlON納米涂層總厚度為1. 5 2. 0 μ m。
4.如權(quán)利要求3所述的一種高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層，其特征在于每一層TiAlN的厚度約為2. 2nm,每一層AlON的厚度為0. 2 1. 5nm。
5.如權(quán)利要求3所述的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層，其特征在于所述 AlON層厚度小于1. Onm時被TiAlN所晶化，為面心立方結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求1或2所述的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的制備方法， 其特征在于包括如下步驟(1)、清洗基體首先將經(jīng)拋光處理后的基體送入超聲波清洗機，在分析純的無水酒精和丙酮中利用 15 30kHz超聲波進(jìn)行清洗5 IOmin ；然后進(jìn)行離子清洗，即將基體裝進(jìn)真空室，抽真空到5 X KT3Pa后通入Ar氣，維持真空度在2_4Pa，用中頻對基體進(jìn)行為時30min的離子轟擊， 功率為80-100W ；(2)、交替濺射TiAlN層和AlON層將基體置入多靶磁控濺射儀并交替停留在TiAl靶和Al2O3靶之前，通過濺射獲得由多個TiAlN層和AlON層交替疊加的納米量級多層涂層，過程中調(diào)整靶功率和沉積時間以控制每一涂層的厚度，最終得本發(fā)明一種的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層。
7.如權(quán)利要求6所述的高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層的制備方法，其特征在于步驟(2)中所述通過多靶磁控濺射儀濺射過程的工藝控制參數(shù)為采用 TiAl (50 atom%:50 atom%)合金靶和 Al2O3 靴(99. 99%)，直徑為 75mm ；Ar 氣流量 10-50sccm, N2 氣流量l_30sccm ；TiAlN層濺射功率250W，時間18s ；AlON層濺射功率60-120W，時間3_10s ；靶基距3-7cm ；總氣壓范圍0. 1-0. 4Pa ；基體溫度<200°C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高硬度高彈性模量TiAlN/AlON納米多層涂層及其制備方法。所述涂層由多個TiAlN層和AlON層構(gòu)成，各TiAlN層和AlON層交替沉積在基體上，其總厚度為1.5～2.0μm。其制備方法首先將基體表面拋光處理，經(jīng)超聲波清洗和離子清洗后，再采用反應(yīng)濺射法在基體上交替濺射TiAlN層和AlON層。本發(fā)明的TiAlN/AlON納米多層涂層不但具有高于35GPa的硬度和高于350GPa的彈性模量，還具有抗高溫氧化性能，可作為高速切削刀具及其它高溫條件下服役耐磨工件的保護涂層，其制備方法具有工藝簡單、沉積速度快、成本低、結(jié)合強度高等優(yōu)點。
文檔編號C23C14/06GK102206808SQ201110138010
公開日2011年10月5日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月26日
發(fā)明者劉平, 劉新寬, 李偉, 楊麗紅, 王均濤, 陳小紅, 馬鳳倉 申請人:上海理工大學(xué)