專利名稱：具有硬質(zhì)涂層的被覆件及其制備方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種具有硬質(zhì)涂層的被覆件及該被覆件的制備方法。
背景技術(shù)：
鍍膜工藝在工業(yè)領域有著廣泛的應用，其中，TiN薄膜鍍覆在刀具或模具表面能大幅提高刀具和模具的使用壽命。然而，隨著金屬切削加工朝高切削速度、高進給速度、高可靠性、長壽命、高精度和良好的切削控制性方面發(fā)展，對表面涂層的性能提出了更高的要求。TiN涂層在硬度、耐磨損、抗氧化燒蝕性等方面已經(jīng)漸漸不能滿足進一步的需求。在的基礎上加入Cr、Al等金屬元素可以進一步提高TiN涂層的硬度和抗氧化性， 其中TiAlN涂層的硬度和高溫抗氧化能力均較TiN涂層有很大提高，成為目前最常用的刀具涂層材料。但是，普通的TiAlN涂層HV硬度為30士5GPa，抗氧化溫度為800°C，已經(jīng)不能很好的滿足不銹鋼等難加工材料的高速切削。提高TiAlN涂層中Al的含量可以提高涂層的硬度和抗氧化性能，但是過高的Al含量會導致涂層的力學性能急劇下降。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種具有較高硬度、耐磨損的涂層的被覆件。另外，還有必要提供一種上述被覆件的制備方法。一種具有硬質(zhì)涂層的被覆件，包括基體及形成于該基體上的結(jié)合層，該被覆件還包括形成于該結(jié)合層上的一復合層，該復合層包括多層氮化鋁層和多層AIOxNy層，其中 AIOxNy層中0< XS 1，0 < YS 1，所述多層氮化鋁層和多層AIOxNy層交替排布?！N具有硬質(zhì)涂層的被覆件的制備方法，包括以下步驟提供一待鍍覆的基體；將待鍍覆的基體放入一磁控濺射設備的轉(zhuǎn)架上，在該磁控濺射設備內(nèi)設置鋁靶；在基體上濺射一結(jié)合層；在結(jié)合層上交替濺射多層氮化鋁層和多層AIOxNy層，以形成一復合層，其中AIOxNy 層中0 1，0 < YS 1，該多層氮化鋁層和該多層AIOxNy層交替排布。上述被覆件包括由氮化鋁層和AIOxNy層交替排布而形成多層硬質(zhì)薄膜的復合層， 每一氮化鋁層和AIOxNy層的厚度都是納米級別(即幾個至幾十個原子厚度)。由于氮化鋁層和AIOxNy層的晶格參數(shù)等不相同，因此在氮化鋁層和AIOxNy層界面上存在著原子的錯配， 而原子錯配是位錯滑移的巨大障礙，會導致物質(zhì)硬化(即超晶格硬化效應)，從而使得復合層整體具有較高的硬度。


圖1為本發(fā)明較佳實施例的被覆件的剖視示意圖；圖2為用以制作圖1中被覆件的鍍膜機的俯視示意圖。主要元件符號說明
磁控濺射設備100
被覆件10
基體12
5口口 te14
復合層16
AlN層162
AIOxNY 層164
真空鍍膜室20
軌跡21
鋁靶2具體實施例方式請參閱圖1，本發(fā)明較佳實施例具有硬質(zhì)涂層的被覆件10包括基體12、形成于基體12上的結(jié)合層14及形成于結(jié)合層14上的復合層16。該基體12的材質(zhì)可以為高速鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、不銹鋼、鎂合金及鋁合金等。該結(jié)合層14為一鋁金屬層，其厚度為0.05 0.2 μ m，優(yōu)選為0. 1 μ m。該結(jié)合層 14用于提高復合層16與基體12之間的結(jié)合力。該復合層16包括多層氮化鋁(AlN)層162和多層氮氧化鋁(AIOxNy)層164，其中 AIOxNy層164中0<X<1，0<Y< 1，所述多層AlN層162和多層AIOxNy層164交替排布。每一 AlN層162和與其相鄰的每一 AIOxNy層164的厚度總和大約為5 lOnm，該復合層16的總厚度大約為2 5微米。其中，AlN層162與結(jié)合層14直接結(jié)合。該被覆件10可以為各類切削刀具、精密量具、模具、電子產(chǎn)品外殼及各種建筑裝飾件等。上述被覆件10的制備方法，主要包括如下步驟對基體12進行清洗。該步驟可將基體12放入盛裝有乙醇或丙酮溶液的超聲波清洗器中進行震動清洗，以除去基體12表面的雜質(zhì)和油污等，清洗完畢后烘干備用。請一并參閱圖2，將經(jīng)上述清洗的基體12放入一磁控濺射設備100的真空鍍膜室 20中并使其沿軌跡21轉(zhuǎn)動，在該磁控濺射設備100安裝鋁靶22。濺射清洗鋁靶22。該濺射清洗的具體操作及工藝參數(shù)為對磁控濺射設備100的真空鍍膜室20抽真空至本底真空度為3. OX 10_3Pa，通入氬氣為離子源氣體，用擋板(圖未示)將基體12與靶材隔開，防止基體12被濺鍍。開啟鋁靶22電源，調(diào)節(jié)基體12上的偏壓至-100 -200V，濺射清洗鋁靶22的時間為5 20分鐘。該步驟是利用離子源轟擊靶材， 使鋁靶22表層原子濺射出來，以除去鋁靶22表層可能存在的氧化物等雜質(zhì)。清洗靶材的同時應避免濺射出來的靶材原子沉積到基體12上，因此用擋板將基體12與靶材隔開。清洗結(jié)束后，關閉鋁靶22。在基體12上濺射該結(jié)合層14。調(diào)節(jié)氬氣流量為200 300sCCm(標準狀態(tài)毫升/ 分鐘)，調(diào)節(jié)基體12上的偏壓至-150 -500V ；開啟鋁靶22，電流為40 70A，對基體12 預濺射2分鐘左右，以形成結(jié)合層14。該結(jié)合層14為鋁金屬層。
在結(jié)合層14上交替濺射多層AlN層162和多層AIOxNy層164，以形成該復合層 16。開啟鋁靶22的電源，向真空鍍膜室20通入氮氣以在結(jié)合層14上沉積AlN層162， 氮氣的流量為20 lOOsccm，調(diào)節(jié)氬氣的流量為200 300sCCm，調(diào)節(jié)基體12的偏壓至-150 -500V，鋁靶22的電流為40 70A。每隔2分鐘向真空鍍膜室20通入氧氣，以在上述AlN層162上沉積AIOxNy層164，調(diào)節(jié)氧氣的流量為20 lOOsccm，通入氧氣的時間為2分鐘。設置所述轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)速為1 3rpm(revolution per minute，轉(zhuǎn)/分鐘)，進而控制基體12交替形成AlN層162和多層AIOxNy層164的厚度，從而在基體12上交替沉積AlN 層162和AIOxNy層164，總的鍍膜時間約為30分鐘 2小時。下面通過實施例來對本發(fā)明進行具體說明。實施例1本實施例所使用的基體12的材質(zhì)為316不銹鋼。濺射清洗鋁靶22 氬氣流量為300sCCm，基體12的偏壓為-100V，清洗時間為 5min。濺鍍結(jié)合層14 氬氣流量為200sCCm，基體12的偏壓為-150V，鋁靶22的電流為 40A，鍍膜時間為anin。濺鍍AlN層162 氬氣流量為200sccm，氮氣流量為40sccm，基體12的偏壓為-150V，鋁靶22的電流為45A。濺鍍AIOxNy層164 氬氣流量為200sccm，氮氣流量為40sccm，氧氣流量為40sccm。 最終獲得的AIOxNy層164中X的值為0. 88，Y的值為0. 92。設置轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)速為3rmp，總的濺鍍復合層16的時間為60分鐘。實施例2本實施例所使用的基體12的材質(zhì)為高速鋼。濺射清洗鋁靶22 氬氣流量為300sCCm，基體12的偏壓為-100V，清洗時間為 5min。濺鍍結(jié)合層14 氬氣流量為300SCCm，基體12的偏壓為-400V，鋁靶22的電流為 65A，鍍膜時間為anin。濺鍍AlN層162 氬氣流量為300sccm，氮氣流量為90sc cm，基體12的偏壓為-400V，鋁靶22的電流為60A。濺鍍AIOxNy層164 氬氣流量為300sCCm，氮氣流量為90s ccm,氧氣流量為 90sccm。最終獲得的AIOxNy層164中X的值為0. 95，Y的值為0. 92。設置轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)速為3rmp，總的濺鍍復合層16的時間為120分鐘。實施例3本實施例所使用的基體12的材質(zhì)為硬質(zhì)合金。濺射清洗鋁靶22 氬氣流量為300sCCm，基體12的偏壓為-100V，清洗時間為 5min。濺鍍結(jié)合層14 氬氣流量為MOsccm，基體12的偏壓為-200V，鋁靶22的電流為 ^A，鍍膜時間為;3min。濺鍍AlN層162 氬氣流量為MOsccm，氮氣流量為5kccm，基體12的偏壓為-250V，鋁靶22的電流為45A。
濺鍍AIOxNy層164 氬氣流量為MOsccm，氮氣流量為55sccm，氧氣流量為60sccm。 最終獲得的AIOxNy層164中X的值為0. 89，Y的值為0. 92。設置轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)速為3rmp，總的濺鍍復合層16的時間為90分鐘。將上述制得的被覆件10進行高溫抗氧化測試和耐磨性測試，具體測試方法及結(jié)果如下(1)高溫抗氧化測試測試儀器為管式熱處理爐，測試條件為升溫速率為10°C /min，熱處理溫度為 810°C，保溫時間為0. 5h。測試結(jié)果顯示，由本發(fā)明實施例1、2、3所制備的被覆件10經(jīng)810°C熱處理0.證后均未見氧化、脫落等不良。(2)耐磨性測試線性耐磨耗測試儀，測試條件為載荷為1kg，行程長度為1. 5inch,磨耗速率為25 次 /min。測試結(jié)果顯示，由本發(fā)明實施例1、2、3所制備的被覆件10經(jīng)磨耗130次均未見脫落。本發(fā)明的被覆件10包括由AlN層162和AIOxNy層164交替排布而形成多層硬質(zhì)薄膜的復合層16，每一 AlN層162和AIOxNy層164的厚度都是納米級別(即幾個至幾十個原子厚度)。由于AlN層162和A10XNY164層的晶格參數(shù)等不相同，因此在AlN層和AIOxNy 層界面上存在著原子的錯配，而原子錯配是位錯滑移的巨大障礙，會導致物質(zhì)硬化(即超晶格硬化效應)，從而使得復合層16整體具有較高的硬度?？梢岳斫猓鲜霰桓布?0的制備方法還可包括濺射該結(jié)合層14前，在所述磁控濺射設備內(nèi)對基體12進行離子清洗。
權(quán)利要求
1.一種具有硬質(zhì)涂層的被覆件，包括基體及形成于該基體上的結(jié)合層，其特征在于 該被覆件還包括形成于該結(jié)合層上的一復合層，該復合層包括多層氮化鋁層和多層AIOxNY 層，其中AIOxNy層中0 < X < 1，0 < Y < 1，所述多層氮化鋁層和多層AIOxNy層交替排布。
2.如權(quán)利要求1所述的被覆件，其特征在于其中一氮化鋁層與該結(jié)合層直接結(jié)合。
3.如權(quán)利要求1所述的被覆件，其特征在于所述每一氮化鋁層和與其相鄰的每一 AIOxNy層的總厚度為5 10納米。
4.如權(quán)利要求3所述的被覆件，其特征在于該復合層的總厚度為2 5微米。
5.如權(quán)利要求1所述的被覆件，其特征在于該結(jié)合層為一鋁金屬層。
6.如權(quán)利要求1所述的被覆件，其特征在于該基體為高速鋼、硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷、不銹鋼、鎂合金及鋁合金中的一種。
7.一種具有硬質(zhì)涂層的被覆件的制備方法，包括以下步驟提供一待鍍覆的基體；將待鍍覆的基體放入一磁控濺射設備的轉(zhuǎn)架上，在該磁控濺射設備內(nèi)安裝鋁靶；在基體上濺射一結(jié)合層；在結(jié)合層上交替濺射多層氮化鋁層和多層AIOxNy層，以形成一復合層，其中AIOxNy層中 0<X^ 1,0<Y^ 1，該多層氮化鋁層和該多層AIOxNy層交替排布。
8.如權(quán)利要求7所述的被覆件的制備方法，其特征在于濺射所述復合層的步驟為 開啟鋁靶的電源，向真空鍍膜室通入氮氣以在結(jié)合層上沉積氮化鋁層，氮氣的流量為20 lOOsccm，調(diào)節(jié)氬氣的流量為200 300sccm，調(diào)節(jié)基體的偏壓至-150 -500V，鋁靶的電流為40 70A ；每隔2分鐘向真空鍍膜室通入氧氣以在上述氮化鋁層上沉積AIOxNy層，調(diào)節(jié)氧氣的流量為20 lOOsccm，通入氧氣的時間為2分鐘；設置所述轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)速為1 3rpm， 濺射所述復合層總的時間為30分鐘 2小時。
9.如權(quán)利要求7所述的被覆件的制備方法，其特征在于其中一氮化鋁層與該結(jié)合層直接結(jié)合。
10.如權(quán)利要求7所述的被覆件的制備方法，其特征在于該結(jié)合層為一鋁金屬層。
全文摘要
一種具有硬質(zhì)涂層的被覆件，包括基體及形成于該基體上的結(jié)合層，該被覆件還包括形成于該結(jié)合層上的一復合層，該復合層包括多層氮化鋁層和多層AlOXNY層，其中AlOXNY層中0＜X≤1，0＜Y≤1，所述多層氮化鋁層和多層AlOXNY層交替排布。本發(fā)明還提供一種上述被覆件的制備方法。本發(fā)明的被覆件上的涂層硬度高，具有較好的耐磨性能。
文檔編號C23C14/06GK102534488SQ201010614890
公開日2012年7月4日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者張新倍, 彭立全, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司