[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN102383093A - 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 - Google Patents

涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102383093A
CN102383093A CN2010102680209A CN201010268020A CN102383093A CN 102383093 A CN102383093 A CN 102383093A CN 2010102680209 A CN2010102680209 A CN 2010102680209A CN 201010268020 A CN201010268020 A CN 201010268020A CN 102383093 A CN102383093 A CN 102383093A
Authority
CN
China
Prior art keywords
matrix
gradient film
coating
gradient
nitrogen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2010102680209A
Other languages
English (en)
Inventor
张新倍
陈文荣
蒋焕梧
陈正士
胡智杰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Original Assignee
Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd, Hon Hai Precision Industry Co Ltd filed Critical Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd
Priority to CN2010102680209A priority Critical patent/CN102383093A/zh
Priority to US13/008,991 priority patent/US8518534B2/en
Publication of CN102383093A publication Critical patent/CN102383093A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/0664—Carbonitrides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00—Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/26—Web or sheet containing structurally defined element or component, the element or component having a specified physical dimension
    • Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264—Up to 3 mils
    • Y10T428/265—1 mil or less

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

本发明提供一种涂层，该涂层包括TiAlSiCN梯度膜层，该涂层具有较高的硬度、良好的高温抗氧化性及耐磨性。本发明还提供一种具有上述涂层的被覆件。该被覆件包括基体及形成在该基体上的所述涂层。另外，本发明还提供了上述被覆件的制备方法。

Description

涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法
技术领域
本发明涉及一种涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法，特别涉及一种以真空镀膜的方式形成的涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法。
背景技术
真空镀膜工艺在工业领域有着广泛的应用，其中，TiN薄膜镀覆在刀具或模具表面能大幅提高刀具和模具的使用寿命。然而，随着金属切削加工朝高切削速度、高进给速度、高加工温度、高可靠性、长寿命、高精度和良好的切削控制性方面发展，对表面涂层的性能提出了更高的要求。传统的TiN薄膜在硬度、韧性及高温抗氧化性等方面已经不能满足要求。
在TiN涂层的基础上加入Al等金属元素可以进一步提高其硬度和抗氧化性，其中TiAlN涂层的硬度和高温抗氧化能力均较TiN涂层有很大提高，成为目前最常用的刀具涂层材料。但是，普通的TiAlN涂层HV硬度为30±5GPa，抗氧化温度为800℃，已经不能很好的满足不锈钢等难于加工材料的高速切削。
发明内容
有鉴于此，提供一种具有高硬度、良好的高温抗氧化性及耐磨性的涂层。
另外，提供一种具有上述涂层的被覆件。
还提供一种上述被覆件的制备方法。
一种涂层，形成于基体的表面，该涂层包括梯度膜层，该梯度膜层为TiAlSiCN层，该梯度膜层中N原子与/或C原子的含量由靠近基体至远离基体的方向均呈梯度增加。
一种被覆件，包括基体及形成于该基体表面的涂层，该涂层包括形成于该基体上的梯度膜层，该梯度膜层为TiAlSiCN层，该梯度膜层中N原子与/或C原子的含量由靠近基体至远离基体的方向均呈梯度增加。
一种被覆件的制备方法，包括以下步骤：
提供基体；
在该基体的表面离子镀梯度膜层，该梯度膜层为TiAlSiCN层，该梯度膜层中N原子与/或C原子的含量由靠近基体至远离基体的方向均呈梯度增加。
所述的涂层在其梯度膜层的形成过程中引入Si原子，该Si原子能够起到细化晶粒的作用，可有效地提高该涂层的硬度、韧性及致密性。所述梯度膜层的氮元素与/或碳元素的浓度呈梯度变化，与结合层的结合处氮元素与/或碳元素浓度较低，使其具有与基体较相近的热膨胀系数，因此界面处内应力小，使得梯度膜层与基体之间的结合力增强。所述梯度膜层的硬度、韧性的提高及梯度膜层与基体之间结合力的增强，可显著地提高所述被覆件的耐磨性。在高温状态下，所述梯度膜层中的Al原子及Si原子将扩散至该梯度膜层的表层，与氧气反应形成致密的含有Al2O3及SiO2的保护膜，可阻止梯度膜层中的元素向外扩散及外界的氧气向梯度膜层内的扩散，如此可大大提高所述涂层的高温抗氧化能力。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的涂层的剖视图；
图2为本发明较佳实施例的被覆件的剖视图；
图3为本发明较佳实施例的被覆件的制备方法的流程图。
主要元件符号说明
涂层        10
梯度膜层    11
颜色层      13
结合层      20
基体        30
被覆件      40
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施例的涂层10包括梯度膜层11，该涂层10形成于基体的表面。
该梯度膜层11为TiAlSiCN层，其厚度为0.7～2.5μm。该梯度膜层11通过磁控溅射法沉积形成。该梯度膜层11中N原子与/或C原子的含量均随着该梯度膜层11厚度的增加而梯度增加，即N原子与/或C原子在该梯度膜层11中的含量由靠近基体至远离基体的方向均呈梯度增加。
可以理解的，在该梯度膜层11的表面还可镀覆颜色层13，以增强该涂层10的美观性。
请参阅图2，本发明一较佳实施例的被覆件40包括基体30、形成于该基体30表面的结合层20及形成于该结合层20上的所述涂层10。该基体30的材质可以为高速钢、硬质合金及不锈钢等。该被覆件40可以为各类切削刀具、精密量具或模具。
该结合层20用以提高涂层10与基体30之间的结合力。本实施例中，该结合层20为TiAlSi层，其厚度为200～300nm。该结合层20通过磁控溅射法沉积形成。
请进一步参见图3，制作所述被覆件40的方法主要包括如下步骤：
S1：提供基体30。
S2：对该基体30进行前处理。
依次用去离子水和无水乙醇对该基体30表面进行擦拭，将擦拭后的基体30放入盛装有丙酮溶液的超声波清洗器中进行震动清洗，以除去基体30表面的杂质和油污等。清洗完毕后吹干备用。
对经上述处理后的基体30的表面进行氩气等离子清洗，以进一步去除基体30表面的杂质，同时增加基体30表面的粗糙度，以改善基体30与后续涂层的结合力。具体操作及工艺参数可为：将基体30放入电弧离子镀膜机(图未示)的镀膜室内，抽真空该镀膜室至真空度为8.0×10-3Pa，以100～300sccm的流量向镀膜室中通入纯度为99.999％的氩气，并施加-300～-500V的偏压于基体30，对基体30表面进行等离子清洗，清洗时间为10～15min。
S 3：于该基体30上形成结合层20。
该结合层20为TiAlSi层。本实施例中，制备该结合层20包括如下步骤：
在对基体30进行等离子体清洗后，调节镀膜室的氩气(工作气体)流量至100～300sccm，加热镀膜室至250～400℃(即离子镀温度为250～400℃)，开启安装于所述镀膜机的镀膜室内的钛铝硅(TiAlSi)复合靶材的电源，于基体30上施加-300～-500V的偏压，沉积结合层20。沉积该结合层20的时间为5～10min。其中，所述钛铝硅复合靶材中硅(Si)的质量百分含量为1～10％，钛(Ti)与铝(Al)的质量百分含量相同。
S4：于该结合层20上形成梯度膜层11。
该梯度膜层11为TiAlSiCN层。制备该梯度膜层11时，以氮气及乙炔气体为反应气体，并通过调节氮气与/或乙炔气体的流量随沉积时间增长呈梯度增加，而使N原子与/或C原子在该梯度膜层11中的含量由靠近基体30至远离基体30的方向均呈梯度增加。本较佳实施例中，制备该梯度膜层11包括如下步骤：
形成所述结合层20后，向镀膜室中通入初始流量为10～20sccm的氮气及初始流量为5～15sccm的乙炔气体，于基体30上施加-50～-300V的偏压，沉积梯度膜层11。在沉积梯度膜层11的过程中，每沉积15min将氮气及乙炔气体的流量分别增大10～20sccm。沉积该梯度膜层11的时间为60～150min。其中，所述氮气的纯度为99.999％，所述乙炔气体的纯度为99.8％。
可以理解的，制备该梯度膜层11还包括另一实施例：向镀膜室通入流量为50～220sccm的氮气及初始流量为5～15sccm的乙炔气体，于基体30上施加-50～-300V的偏压，沉积梯度膜层11。在沉积梯度膜层11的过程中，每沉积15min将乙炔气体的流量增大10～20sccm。沉积该梯度膜层11的时间为60～150min。其中，所述氮气的纯度为99.999％，所述乙炔气体的纯度为99.8％。
可以理解的，制备该梯度膜层11还包括第三实施例：向镀膜室通入流量为50～220sccm的乙炔气体及初始流量为5～15sccm的氮气，于基体30上施加-50～-300V的偏压，沉积梯度膜层11。在沉积梯度膜层11的过程中，每沉积15min将氮气的流量增大10～20sc cm。沉积该梯度膜层11的时间为60～150min。其中，所述氮气的纯度为99.999％，所述乙炔气体的纯度为99.8％。
可以理解的，制备所述被覆件40的方法还可包括在该梯度膜层11的表面镀覆颜色层13，以增强被覆件40的美观性。
所述的梯度膜层11在其形成过程中，Si不固溶于TiN晶格中，而是在晶界上形成Si3N4相，如此可抑制TiN晶粒的长大，使得梯度膜层11中的TiN晶粒的粒径维持在纳米级，从而显著地提高了所述梯度膜层11的硬度、韧性及致密性。此外，由于C不仅能与Ti、Al、N形成固溶相，还能形成较硬的Ti C相，进一步增强了梯度膜层11的硬度。所述梯度膜层11的氮元素与/或碳元素的浓度呈梯度变化，与结合层20的结合处氮元素与/或碳元素浓度较低，使其具有与结合层20、基体30较相近的热膨胀系数，因此界面处内应力小，使得梯度膜层11与结合层20之间的结合力增强；所述梯度膜层11表层的氮元素与/或碳元素的浓度较高，因此梯度膜层11表层的硬度较高。所述梯度膜层11的硬度、韧性的提高及梯度膜层11与结合层20之间结合力的增强，可显著地提高所述涂层10的耐磨性。
在高温状态下，所述梯度膜层11中的Al原子及Si原子将扩散至该梯度膜层11的表层，与氧气反应形成致密的含有Al2O3及SiO2的保护膜，可阻止梯度膜层中的元素向外扩散及外界的氧气向梯度膜层内的扩散，如此可大大提高所述涂层10的高温抗氧化能力。

Claims (10)

1.一种涂层，形成于基体的表面，该涂层包括梯度膜层，其特征在于：该梯度膜层为TiAlSiCN层，该梯度膜层中N原子与/或C原子的含量由靠近基体至远离基体的方向均呈梯度增加。
2.如权利要求1所述的涂层，其特征在于：该梯度膜层的厚度为0.7～2.5μm。
3.一种被覆件，包括基体及形成于该基体表面的涂层，该涂层包括形成于该基体上的梯度膜层，其特征在于：该梯度膜层为TiAlSiCN层，该梯度膜层中N原子与/或C原子的含量由靠近基体至远离基体的方向均呈梯度增加。
4.如权利要求3所述的被覆件，其特征在于：该被覆件还包括形成于基体与涂层之间的结合层，该结合层为TiAlSi层，其厚度为200～300nm。
5.一种被覆件的制备方法，包括以下步骤：
提供基体；
在该基体的表面离子镀梯度膜层，该梯度膜层为TiAlSiCN层，该梯度膜层中N原子与/或C原子的含量由靠近基体至远离基体的方向均呈梯度增加。
6.如权利要求5所述的被覆件的制备方法，其特征在于：离子镀所述梯度膜层时，以钛铝硅复合靶为靶材，以氮气及乙炔气体为反应气体，所述氮气的初始流量为10～20sccm，所述乙炔气体的初始流量为5～15sccm；每沉积15min将氮气及乙炔气体的流量分别增大10～20sccm，沉积该梯度膜层的时间为60～150min。
7.如权利要求5所述的被覆件的制备方法，其特征在于：离子镀所述梯度膜层时，以钛铝硅复合靶为靶材，以氮气及乙炔气体为反应气体，设置所述氮气的流量为50～220sccm，所述乙炔气体的初始流量为5～15sccm；每沉积15min将乙炔气体的流量增大10～20sccm，沉积该梯度膜层的时间为60～150min。
8.如权利要求5所述的被覆件的制备方法，其特征在于：离子镀所述梯度膜层时，以钛铝硅复合靶为靶材，以氮气及乙炔气体为反应气体，设置所述乙炔气体的流量为50～220sccm，所述的氮气初始流量为5～15sccm；每沉积15min将氮气的流量增大10～20sccm，沉积该梯度膜层的时间为60～150min。
9.如权利要求6、7及8任一项所述的被覆件的制备方法，其特征在于：该被覆件的制备方法还包括在形成梯度膜层前在基体上离子镀结合层的步骤。
10.如权利要求9所述的被覆件的制备方法，其特征在于：形成该结合层采用钛铝硅复合靶材，以氩气为工作气体，其流量为100～300sccm，离子镀温度为250～400℃，对基体施加的偏压为-300～350V，离子镀时间为5～10min。
CN2010102680209A 2010-08-31 2010-08-31 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 Pending CN102383093A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102680209A CN102383093A (zh) 2010-08-31 2010-08-31 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法
US13/008,991 US8518534B2 (en) 2010-08-31 2011-01-19 Coating, article coated with coating, and method for manufacturing article

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2010102680209A CN102383093A (zh) 2010-08-31 2010-08-31 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN102383093A true CN102383093A (zh) 2012-03-21

Family

ID=45697644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2010102680209A Pending CN102383093A (zh) 2010-08-31 2010-08-31 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8518534B2 (zh)
CN (1) CN102383093A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106591784A (zh) * 2016-11-12 2017-04-26 常州大学 一种离子镀制备TiAlSiCN涂层的方法
CN108517488A (zh) * 2018-05-14 2018-09-11 武汉大学 一种合金材料部件表面防腐耐磨复合涂层及其制备方法
CN112941470A (zh) * 2021-02-04 2021-06-11 上海应用技术大学 一种TiAlSiCN微纳米涂层及其制备方法
CN113774347A (zh) * 2021-09-14 2021-12-10 北京市辐射中心 一种超硬且韧纳米复合涂层、制备方法及使用设备

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9396933B2 (en) 2012-04-26 2016-07-19 Applied Materials, Inc. PVD buffer layers for LED fabrication
US20160362782A1 (en) * 2015-06-15 2016-12-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Gas dispenser and deposition apparatus using the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3900592A (en) * 1973-07-25 1975-08-19 Airco Inc Method for coating a substrate to provide a titanium or zirconium nitride or carbide deposit having a hardness gradient which increases outwardly from the substrate
US5580653A (en) * 1994-05-13 1996-12-03 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Hard coating having excellent wear resistance properties, and hard coating coated member

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5304417A (en) * 1989-06-02 1994-04-19 Air Products And Chemicals, Inc. Graphite/carbon articles for elevated temperature service and method of manufacture
DE19625577A1 (de) * 1996-06-27 1998-01-02 Vaw Motor Gmbh Aluminium-Gußteil und Verfahren zu seiner Herstellung
US7147939B2 (en) * 2003-02-27 2006-12-12 Kennametal Inc. Coated carbide tap
KR101170943B1 (ko) * 2004-02-12 2012-08-03 히타치 쓰루 가부시키가이샤 경질 피막 및 그 형성 방법, 및 경질 피막 피복 공구

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3900592A (en) * 1973-07-25 1975-08-19 Airco Inc Method for coating a substrate to provide a titanium or zirconium nitride or carbide deposit having a hardness gradient which increases outwardly from the substrate
US5580653A (en) * 1994-05-13 1996-12-03 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho Hard coating having excellent wear resistance properties, and hard coating coated member

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106591784A (zh) * 2016-11-12 2017-04-26 常州大学 一种离子镀制备TiAlSiCN涂层的方法
CN106591784B (zh) * 2016-11-12 2019-07-09 常州大学 一种离子镀制备TiAlSiCN涂层的方法
CN108517488A (zh) * 2018-05-14 2018-09-11 武汉大学 一种合金材料部件表面防腐耐磨复合涂层及其制备方法
CN112941470A (zh) * 2021-02-04 2021-06-11 上海应用技术大学 一种TiAlSiCN微纳米涂层及其制备方法
CN112941470B (zh) * 2021-02-04 2023-02-21 上海应用技术大学 一种TiAlSiCN微纳米涂层及其制备方法
CN113774347A (zh) * 2021-09-14 2021-12-10 北京市辐射中心 一种超硬且韧纳米复合涂层、制备方法及使用设备

Also Published As

Publication number Publication date
US20120052280A1 (en) 2012-03-01
US8518534B2 (en) 2013-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102383092A (zh) 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法
KR102033188B1 (ko) 경질 피복층이 우수한 내치핑성과 내마모성을 발휘하는 표면 피복 절삭 공구
CN108728793B (zh) 一种强韧耐蚀CrAlN/Cr2AlC多层膜涂层及其制备方法
CN102383093A (zh) 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法
CN102676989A (zh) 镀膜件及其制备方法
CN102294854A (zh) 硬质涂层及其制备方法及具有该涂层的被覆件
JP2008001951A (ja) ダイヤモンド状炭素膜およびその形成方法
CN1776015A (zh) 具有高附着力的纳米超硬复合膜刀具及其沉积方法
CN107190243A (zh) 一种TiB2/AlTiN复合涂层及其制备方法与应用
CN111500998A (zh) 一种AlTiN/TiAlSiN梯度纳米复合结构涂层及其一体化制备方法与应用
CN102345091A (zh) 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法
CN102452193A (zh) 具有硬质涂层的被覆件及其制备方法
CN102465258A (zh) 镀膜件及其制备方法
CN102485941A (zh) 被覆件及其制造方法
CN102560339B (zh) 镀膜件及其制备方法
CN102443773A (zh) 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制造方法
CN102345094A (zh) 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法
CN102409302A (zh) 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法
CN102586731A (zh) 具有硬质涂层的被覆件及其制备方法
CN102400097A (zh) 壳体及其制造方法
CN102453856A (zh) 被覆件及其制造方法
CN102605321A (zh) 镀膜件及其制备方法
CN102345095A (zh) 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法
CN102373410A (zh) 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法
CN102485939A (zh) 镀膜件及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20120321