氮化钛/碳化钛涂层及其制备方法及具有该涂层的被覆件的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种硬质涂层及其制备方法及具有该涂层的被覆件。
【背景技术】
[0002] 在摩擦、腐蚀或力学加载环境下，工具或零件的使用寿命主要由其表面性能决定。 因此，工程上常使用硬质耐磨涂层作为工具表面的保护镀层。氮化钛（TiN)涂层因具有较 高的硬度（21GPa)和良好的韧性而成为最普遍应用的硬质涂层。然而，随着金属切削加工 技术的发展，氮化钛（TiN)涂层在硬度等方面已经不能满足进一步地要求。碳化钛（TiC)相 比于氮化钛（TiN)具有更高的硬度（28GPa)及耐磨性，但涂层韧性较差，脆性大，涂层偏厚 时容易从基底剥落而使涂层失效。因此，目前生产上需要一种同时具备良好的韧性及硬度 的硬质涂层。
【发明内容】
[0003] 鉴于以上内容，有必要提供一种同时具备良好的韧性及硬度的氮化钛/碳化钛涂 层及其制备方法及具有该涂层的被覆件。
[0004] 一种氮化钛/碳化钛涂层，该涂层是由氮化钛纳米层和碳化钛纳米层交替沉积形 成的多层复合涂层。
[0005] -种氮化钛/碳化钛涂层的制备方法，包括以下步骤： 提供基体； 在该基体表面交替溅射氮化钛纳米层及碳化钛纳米层以形成氮化钛/碳化钛多层复 合涂层，其中该氮化钛纳米层是在氩气及氮气中溅射钛靶的方法获得，该碳化钛纳米层是 在氩气中溅射碳化钛化合物靶材的方法获得。
[0006] -种被覆件，包括一基体及形成在该基体上的一氮化钛/碳化钛涂层，该涂层是 由氮化钛纳米层和碳化钛纳米层交替沉积形成的多层复合涂层。
[0007] 上述氮化钛/碳化钛涂层及具有该涂层的被覆件，由于形成氮化钛/碳化钛多层 复合结构时碳化钛纳米层与氮化钛纳米层间的晶格失配产生涂层内应力，从而使该涂层的 显微硬度达到40千兆帕（GPa)以上，最高硬度达41. 5千兆帕（GPa)，明显高于其组成物。且 通过碳化钛纳米层及氮化钛纳米层的多层复合，能结合碳化钛的高硬度及氮化钛的良好韧 性，当被覆件用于刀具时，可使刀具具有优良的综合切削性能。
【附图说明】
[0008] 图1是本发明较佳实施方式的具有氮化钛/碳化钛涂层的被覆件的剖视示意图。
[0009] 图2是本发明较佳实施方式的制备的具有氮化钛/碳化钛涂层的被覆件的X-射 线衍射图谱。
[0010] 图3是本发明较佳实施方式的制备的氮化钛/碳化钛涂层的纳米硬度测试结果。
[0011] 主要元件符号说明
如下【具体实施方式】将结合上述附图进一步说明本发明。I I
【具体实施方式】
[0012] 请参见图1，本发明较佳实施例的氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层1由氮化钛 (TiN)纳米层12与碳化钛（TiC)纳米层13交替沉积在基体5上构成，相邻的氮化钛（TiN) 纳米层12与碳化钛（TiC)纳米层13构成一个两层单元。每一个两层单元中，碳化钛（TiC) 纳米层13的厚度范围为10-80纳米（nm)，氮化钛（TiN)纳米层12的厚度范围为10-60纳 米（nm)。优选的，每层氮化钛（TiN)纳米层12的厚度为50纳米（nm)，每层碳化钛（TiC)纳 米层13的厚度为50纳米（nm)。在本实施方式中，碳化钛（TiC)纳米层13与氮化钛（TiN) 纳米层12共沉积20层，合计总涂层厚度为1微米（μ m)。氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层 1的显微硬度为40千兆帕（GPa)以上。
[0013] 请参阅图2,氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层1由氮化钛（TiN)相与碳化钛（TiC)相 组成，由于碳化钛（TiC)纳米层13与氮化钛（TiN)纳米层12交替沉积多层时碳化钛（TiC) 纳米层13与（TiN)纳米层12间的晶格失配产生涂层内应力，从而使氮化钛/碳化钛（TiN/ TiC)涂层1的显微硬度达到40千兆帕（GPa)以上，最高硬度达41. 5千兆帕（GPa)(请参图 3)，明显高于碳化钛（TiC)涂层及氮化钛（TiN)涂层。
[0014] 请再次参阅图1，具有上述氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层1的被覆件100包括基 体5及形成在基体5上的一氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层1。被覆件100可为各类切削 刀具、精密量具及模具等。基体5可为高速钢、硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、烧结金刚石等具 有较高硬度的材料，在本实施例中，基体5为碳化钨。氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层1具 有如上所述特征。
[0015] 下面以闭合场非平衡直流磁控溅射法合成上述氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层1 的方法为例，对氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层1的制备方法进行说明。该氮化钛/碳化 钛（TiN/TiC)涂层1的制备方法主要包括如下步骤： (1) 将基体5表面研磨抛光至镜面，然后对基体5进行超声波清洗去除表面的油脂及其 他污染物，清洗完毕后烘干备用，基体5可为高速钢、硬质合金、金属陶瓷等； (2) 将经清洗的基体5放入涂层炉中，在本实施例中，涂层设备共有4各靶位，将Ti靶 设置在1、2号靶位，将碳化钛（TiC)化合物靶材设置在3、4号靶位； (3) 对涂层炉的真空室抽真空至4兆帕（MPa)以下(本实施例为4MPa)，通入氩气、氪气， 对基体5施加负偏压进行离子蚀刻，以进一步去除基体5表面污染物及吸附物； (4) 为进一步提升氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层1在基体5表面的附着力，可先在基 体5溅射一钛（Ti )底层11，涂层条件如下： 启动钛靶并调节Ti靶功率为500~1000瓦（W)，通入流量为20(T300mln/min (0°C和1 个标准大气压下毫升/分钟）的氩气及流量为20(T300mln/min (0°C和1个标准大气压下 毫升/分钟）的氪气使溅射时炉内气压为200~500兆帕（MPa)，启动加热丝使炉内温度升 至400~600摄氏度（°C )，调节离子源使其电压为50-100伏（V)，调苄基底偏压至50-100伏 (V)，溅射时间为200~1000秒（s); (5) 在钛（Ti)底层11上交替溅射氮化钛（TiN)纳米层12及碳化钛（TiC)纳米层13， 溅射条件如下： 氮化钛（TiN)纳米层12 :调节钛靶功率为500(Tl4000瓦（W)，停止通入氪气，通入流量 为10(T300mln/min (0°C和1个标准大气压下毫升/分钟）的反应气氮气，并调节氩气流量 为30(T500mln/min((TC和1个标准大气压下毫升/分钟)使溅射时炉内气压为400~600兆 帕（MPa)，保持步骤（4)中的炉内温度、离子源电压及基体偏压，溅射时间为ΚΚΓ500秒（s); 碳化钛（TiC )纳米层13 :关闭钛靶并启动碳化钛（TiC )靶，调节碳化钛（TiC )靶的功率 为5000~14000瓦（W)，保持氩气流量并停止通入氮气，使溅射时炉内气压为300~500兆帕 (MPa);保持步骤（4)中的炉内温度、离子源电压及基体偏压，溅射时间为300~1000秒（s); (6) 向真空室内通入氦气，待氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层1冷却后取出被覆件100。
[0016] 经上述纳米涂层制备方法制得的氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层1及具有该涂层 的被覆件100,由于形成氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)多层复合结构时碳化钛（TiC)纳米层 13与氮化钛（TiN)纳米层12间的晶格失配产生涂层内应力，从而使氮化钛/碳化钛（TiN/ TiC)涂层1的显微硬度达到40千兆帕（GPa)以上，最高硬度达41. 5千兆帕（GPa)(请参 图3)，明显高于其组成物。且通过碳化钛（TiC)纳米层13及氮化钛（TiN)纳米层12的多 层复合，能结合碳化钛（TiC)的高硬度及氮化钛（TiN)的良好韧性，当被覆件100用于刀具 时，可使刀具具有优良的综合切削性能。
[0017] 可以理解，步骤（1)中的"将基体5表面研磨抛光至镜面"可以省略，步骤（3)可以 省略，直接将进行了超声清洗的基体5进行镀膜作业即可。
[0018] 可以理解，在步骤（3)中，可以对基体5进行多次离子蚀刻。
[0019] 可以理解，步骤（4)可以省略，可以在基体5表面上直接交替沉积氮化钛（TiN)纳 米层12及碳化钛（TiC)纳米层13。
[0020] 可以理解，氮化钛/碳化钛（TiN/TiC)涂层1也可以先溅射碳化钛（TiC)纳米层 13,再于碳化钛（TiC)纳米层13表面溅射氮化钛（TiN)纳米层12。
[0021] 另外，本领域技术人员还可以在本发明内做其它变化，当然，这些依据本发明精神 所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。
【主权项】
1. 一种氮化钛/碳化钛涂层，其特征在于：该涂层是由氮化钛纳米层和碳化钛纳米层 交替沉积的多层复合涂层。2. 如权利要求1所述的氮化钛/碳化钛涂层，其特征在于：相邻的该氮化钛纳米 层与该碳化钛纳米层构成一个两层单元，每两层单元中，该碳化钛纳米层的厚度范围为 l(T80nm，该氮化钛纳米层的厚度范围为l(T60nm。3. 如权利要求2所述的氮化钛/碳化钛涂层，其特征在于：该多层复合涂层的每一个 两层单元中，该碳化钛纳米层的厚度为50nm，该氮化钛纳米层的厚度为50nm。4. 如权利要求1所述的氮化钛/碳化钛涂层，其特征在于：该涂层的总涂层厚度为 1 μ m〇5. -种氮化钛/碳化钛涂层的制备方法，包括以下步骤： 提供基体； 在该基体表面交替溅射氮化钛纳米层及碳化钛纳米层以形成多层复合涂层，其中该氮 化钛纳米层是在氩气及氮气中溅射钛靶材的方法获得，该碳化钛纳米层是在氩气中溅射碳 化钛化合物靶材的方法获得。6. 如权利要求5所述的氮化钛/碳化钛涂层的制备方法，其特征在于：在氩气 及氮气中溅射钛靶以获得该氮化钛纳米层的步骤中，溅射条件如下：钛靶的功率为 500(Tl4000W，氮气流量为10(T300mln/min，氩气流量为30(T500mln/min，溅射时炉内气压 为40(T600MPa，炉内温度为40(T60(TC，离子源电压为5(T100 V，基体偏压为5(T100 V ;在氩 气中溅射碳化钛化合物靶材以获得该碳化钛纳米层的步骤中，溅射条件如下：碳化钛靶的 功率为500(Tl4000W，氩气流量为30(T500mln/min，溅射时炉内气压为30(T500MPa，炉内温 度为40(T600°C，离子源电压为5(T100 V，基体偏压为5(T100 V。7. 如权利要求6所述的氮化钛/碳化钛涂层的制备方法，其特征在于：该氮化钛纳米 层的沉积时间为l〇(T500s，该碳化钛纳米层的沉积时间为30(T100 0 S。8. 如权利要求5所述的氮化钛/碳化钛涂层的制备方法，其特征在于：在该基体上交 替溅射该氮化钛纳米层及该碳化钛纳米层的步骤前，还包括在该基体溅射钛底层的步骤。9. 一种被覆件，包括一基体，其特征在于：该基体上形成一氮化钛/碳化钛涂层，该氮 化钛/碳化钛涂层是由氮化钛纳米层和碳化钛纳米层交替沉积形成的多层复合涂层。10. 如权利要求9所述的被覆件，其特征在于：在该基体及该氮化钛/碳化钛涂层之间 还形成一钛底层。
【专利摘要】一种氮化钛/碳化钛涂层，该涂层是由氮化钛纳米层和碳化钛纳米层交替沉积形成的多层复合涂层。由于形成氮化钛/碳化钛多层复合涂层，使得该氮化钛/碳化钛涂层同时具备良好的韧性及较高的硬度。本发明还包括一种氮化钛/碳化钛涂层的制备方法及具有该涂层的被覆件。
【IPC分类】C23C14/06, C23C14/08, C23C14/35
【公开号】CN105648410
【申请号】
【发明人】方骏飞, 王文宝
【申请人】基准精密工业（惠州）有限公司
【公开日】2016年6月8日
【申请日】2014年11月11日