多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層及其制備方法，所述多層結(jié)構(gòu)涂層是通過磁控濺射在_基底上交替沉積Mo-Al-Si-N和Mo-Ag-N涂層來制備多層的Mo-Al-Si-N/Mo-Ag-N涂層。本發(fā)明的多層結(jié)構(gòu)涂層具有較高的硬度和抗氧化性溫度以及低的摩擦系數(shù)和磨損率，特別適用高速干式切削工具(銑刀、鉆頭)和其他耐磨工件上鍍制的優(yōu)質(zhì)超硬薄膜。本發(fā)明的制備方法沉積速度快，效率高，生產(chǎn)成本低。
【專利說明】多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于薄膜材料和表面科學(xué)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種多層Mo-Al-Si-N/ Mo-Ag-N硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層及其制備方法和用途。

【背景技術(shù)】
[0002] 硬質(zhì)及超硬涂層由于其較高的硬度、良好的耐磨性、耐腐蝕性及化學(xué)穩(wěn)定性等，已 經(jīng)被廣泛應(yīng)用于切削業(yè)、模具工業(yè)、地質(zhì)鉆探、紡織、汽車制造、機(jī)械制造、航空航天等領(lǐng)域， 并發(fā)揮著越來越重要的作用。以硬質(zhì)涂層在切削業(yè)的應(yīng)用為例，切削刀具表面涂覆硬質(zhì)涂 層后，與未涂層刀具相比，切削壽命提高5?10倍以上。更重要的是，涂層刀具可以加工未 涂層的刀具無法加工的材料，因此被認(rèn)為是切削史上的一次革命。
[0003] 在加工過程中，涂層工具與工件之間的高速摩擦一方面會造成無謂的能量消耗， 另一方面也使得涂層表面的溫度急劇升高，導(dǎo)致涂層的機(jī)械性能在反復(fù)熱沖擊下惡化。已 有的資料顯示，我國每年因摩擦造成的直接及間接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)數(shù)十億。因此，如果能夠降 低工具涂層的摩擦系數(shù)，必將極大地節(jié)省材料和節(jié)約能源。此外，隨著生產(chǎn)效率和加工精度 的提高，特別是干式切削、高速切削及高速銑削等技術(shù)的出現(xiàn)，要求工具的表面涂層不僅具 有高的硬度，而且要有低的摩擦系數(shù)。因此，研發(fā)具有高硬、低摩擦系數(shù)的優(yōu)質(zhì)涂層不僅具 有現(xiàn)實意義和良好的經(jīng)濟(jì)效益，而且符合和諧社會主體下環(huán)保、節(jié)能的理念，具有重要的社 會意義。
[0004] 就目前的情況來看，除類金剛石（DLC)涂層外，絕大多數(shù)硬質(zhì)及超硬涂層的潤滑 性能都很差。由表1可以看出，工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用較多的TiN基及CrN基涂層，它們的摩擦系數(shù) 一般都大于〇. 4,添加"C"后，它們的摩擦系數(shù)可以降低到0. 1-0. 2,但是涂層的最高工作溫 度下降的幅度也很大，甚至低于400°C。類金剛石涂層的摩擦系數(shù)雖然較低（<0. 1)，但是 由于以下原因限制了它的應(yīng)用范圍：1)DLC膜的熱穩(wěn)定性差，當(dāng)溫度高于200°C時即發(fā)生氫 解離石墨化轉(zhuǎn)變，高于450°C時，開始出現(xiàn)明顯的氧化現(xiàn)象及完全氫解離，DLC膜性能將明 顯變差；2)沉積DLC膜的刀具基體最常用的材料是鎢鈷類硬質(zhì)合金，但硬質(zhì)合金中的鈷相 在CVD的條件下會促使金剛石向石墨轉(zhuǎn)化導(dǎo)致類金剛石膜與襯底的結(jié)合強(qiáng)度很低，同時涂 層的硬度急劇下降。
[0005] 表1 :著名涂層公司生產(chǎn)涂層種類及性能

【權(quán)利要求】
1. 一種多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層，其特征在于所述涂層包括交替的Mo-Al-Si-N 和Mo-Ag-N薄膜層，具有至少一個Mo-Al-Si-N/Mo-Ag-N的多層結(jié)構(gòu)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層，其特征在于所述涂層具有至 少兩個Mo-Al-Si-N/Mo-Ag-N多層的重復(fù)結(jié)構(gòu)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層，其特征在于所述涂層具有至 少三個Mo-Al-Si-N/Mo-Ag-N多層的重復(fù)結(jié)構(gòu)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層，其特征在于所述涂層具有至 少四個Mo-Al-Si-N/Mo-Ag-N多層的重復(fù)結(jié)構(gòu)。
5. 權(quán)利要求1-4任一項所述的多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層的制備方法，包括采用磁 控濺射的方法在基片上交替沉積Mo-Al-Si-N和Mo-Ag-N薄膜層的步驟。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層的制備方法，其特征在于所述 交替沉積Mo-Al-Si-N和Mo-Ag-N薄膜層的步驟重復(fù)至少一次。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層的制備方法，其特征在于所述 交替沉積Mo-Al-Si-N和Mo-Ag-N薄膜層的步驟重復(fù)至少兩次。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層的制備方法，其特征在于所述 交替沉積Mo-Al-Si-N和Mo-Ag-N薄膜層的步驟重復(fù)至少三次。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5-8任一項所述的多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層的制備方法，其特征 在于所述交替沉積Mo-Al-Si-N和Mo-Ag-N薄膜層的步驟包括： 1) 將不銹鋼片經(jīng)拋光、清洗、吹干后得到薄膜基片； 2) 將Mo-Ag和Mo-Al-Si復(fù)合靶分別安裝在直流陰極上，不銹鋼基片裝入樣品臺，調(diào)整 革巴材和基片的距離為55mm ; 3) 開機(jī)，抽真空至lxl0_3pa，加熱基片至400°C，然后通人氬氮混合氣，調(diào)整Ar/N2流量 比至3 : 1，調(diào)整工作氣壓至l.OPa; 4) 打開磁控濺射電源，調(diào)整濺射功率為分別為90W和120W，雙靶濺射同時開始，調(diào)整襯 底的轉(zhuǎn)速，控制總的溉射時間為90min ; 5) 濺射完成，關(guān)閉濺射、加熱電源，停止通氣，試樣在分子泵抽真空的條件下降溫至 90°C以下，關(guān)分子泵，關(guān)電源；自然真空下冷卻到室溫，然后取出樣品。
10. 權(quán)利要求1-4任一項所述的多層結(jié)構(gòu)硬質(zhì)、耐磨、潤滑涂層，適用于高速干式切削 工具和耐磨工件上鍍制的優(yōu)質(zhì)超硬薄膜。
【文檔編號】C23C14/35GK104372299SQ201310432322
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年9月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月23日
【發(fā)明者】楊俊峰, 蔣燕, 楊瑞芳, 程幟軍, 王先平, 方前鋒 申請人:中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院