CN201971890U - 一种提高金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种提高金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构，在该基体上包括自下而上的第一TiN膜、CrN膜、第二TiN膜和TiAlN膜四层构成。提高了与基体的结合力，使用方便，不易剥落，具有较高的硬度和良好的抗腐蚀性能，延长了使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及在基体上尤其是金属或金属合金基体上纳米复合涂层，特别是涉及一种提高金属基体或金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构。
背景技术
自上世纪八十年代以来，以TiN（氮化钛，俗称钛金）为代表的提高金属材料性能的PVD 技术与装备，作为材料表面的改性技术之一，已在制造业中得到了广泛的应用。TiN涂层材料具有硬度高，摩擦系数小，良好的耐磨性和抗蚀性，它的出现实现了工模具产业的一次革命。然而，单层TiN存在只有中等硬度（低于25GPa）、脆性大、不耐冲击及抗氧化温度不高等缺点。随着机械加工向更高速和连续化生产以及极端环境下使用的工模具需求的增加，人们对工模具涂层的性能提出了更高的要求，如更高的涂层硬度、韧性和抗摩擦、磨损性能、耐腐蚀性能，涂层与基体界面结合性能等。因此出现了TiAlN 、AlTiN 、AlCrN 、TiSiN 、CrN、A12O3 等耐磨涂层，还有MoS2、DLC、WC/C等各种润滑涂层，以及梯度涂层、纳米复合涂层等新的涂层结构，使涂层的性能大为提高。复合多层膜、纳米复合多层膜成为目前超硬涂层技术发展的重要方向。这些涂层不仅应用于切削刀具、模具行业，也在结构件领域得到一定程度的应用。我国在上世纪八十年代末，开发了相关的PVD 设备和技术，目前主要用在装饰行业方面，工具和结构件行业也得到了一定的应用。
目前国际上PVD 技术己发展到能进行碳氮化钛（TiCN）、氮化钛（TiAlN）及类金刚石（DLC）等比TiN 更高性能的镀膜。例如MetaPlas Ionon 公司生产的MZR-373 和MZR-323型阴极弧靶真空镀膜炉，主要生产TiAlN单层镀膜；德国CemeCon公司生产的CC8OO/9型磁控溅射靶真空镀膜炉,可以生产金刚石和其他多种单层镀膜。目前在工具行业中最先进的镀膜是“超级氮化物-AlTiN”单层镀膜，其性能优于TiAlN 镀层。CemeCon公司己经有多层膜镀层产品，但仅是在TiAlN镀层外再镀一层A12O3,形成所谓的TIALNOX“外壳”，改善了TiAlN镀膜的硬度和结构。 在TiN涂层中加入Al元素形成TiAlN，性能得到很大的提高，最为显著的是抗氧化温度由TiN的600℃提高到800℃以上。TiAlN涂层具有硬度高、氧化温度高、热硬性好、摩擦系数小和导热率低等优良特性，已逐步成为TiN涂层的替代材料。但是，目前TiAlN涂层与基体材料之间的结合力尚不能令人满意，从而导致镀膜工件上的TiAlN涂层易剥落，耐磨性差，寿命低。目前国内少数工具厂己经进口了新的真空镀膜炉进行TiAlN等镀膜生产，但因设备价格昂贵，应用受到了限制。也有一些外企在国内设镀膜中心开展刀具的TiAlN等镀膜业务，但其规模尚小。有报道说西安交大与北京航空航天大学合作开发的“新型脉冲PCVD 模具表面强化设备与技术”,可以生产多层复合膜，但未见有纳米结构多层膜的报道。
CrN膜与TiN相比，它的内应力低、韧性好、耐磨性好，同时它具有精细粒结构、结合力强、化学稳定性高、700℃以下良好的热稳定性，而且具有比TiN更好的耐腐蚀性能，在一定的应用领域CrN薄膜有潜力代替TiN和TiCN薄膜。此外，CrN薄膜产额比较高，有利于大批量的工业生产，因此更具有实际意义。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种在基体上尤其是金属或金属合金基体上的一种提高金属基体或金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构。提高了其与基体的结合力，不易剥落，并且具有较高的硬度和良好的抗腐蚀性能。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：
一种提高金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构，其特征在于在该基体上包括自下而上的第一TiN膜、CrN膜、第二TiN膜和TiAlN膜四层构成。
本实用新型采用多弧离子镀技术沉积TiN/(TiN+CrN)/TiAlN 纳米复合涂层，以金属Ti（纯度为99.95%）、Cr（纯度为99.9%）和Al（纯度为99.995%）作为靶材，N2（纯度为99.995%）作为反应气体，Ar（纯度为99.995%）作溅射气体沉积TiN/(TiN+CrN)/TiAlN 纳米复合涂层。沉积顺序为：以Ti靶材轰击工件沉积TiN膜，以Cr靶材轰击工件沉积CrN膜，再以Ti靶材轰击工件沉积TiN膜，最后以Al靶材轰击工件沉积TiAlN膜。第一TiN膜和第二TiN膜的厚度分别为1～5μm 。CrN膜的厚度为1～10μm 。TiAlN膜的厚度为1～5μm。，整个TiN/(TiN+CrN)/TiAlN 纳米复合涂层的厚度为1-30μm。
相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：
（1）在金属或金属合金基体表明上设置了两层TiN膜，第一TiN膜有效提高了CrN与基体的结合力，第二TiN膜有效提高了TiAlN与CrN层的结合力。
（2）由于CrN膜内应力低、韧性好、耐磨性好，同时它有精细粒结构、结合力强、化学稳定性高、700℃以下良好的热稳定性，采用CrN膜消除残余内应力，提高结合力、耐磨性和抗腐蚀性能。
（3）由于在第一TiN膜同TiAlN间夹有第二TiN膜和CrN膜消除残余内应力，提高了抗冲击性能，避免使用过程中的破裂。
（4）由于“纳米效应”，涂层的维氏硬度HV≥2800。
附图说明
图1为本实用新型一种提高金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构剖面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
请参阅图1，如图所示，一种提高金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构，在材质为合金结构钢基体5上包括自下而上的第一TiN膜1作为打底层、CrN膜2作为过渡层、第二TiN膜3和TiAlN膜4为表明保护层四层构成。所述的第一TiN膜和第二TiN膜的厚度分别为1～5μm 。所述的CrN膜的厚度为1～10μm 。所述的TiAlN膜的厚度为1～5μm。合金结构钢可以是调质结构钢和表面硬化结构钢。
制备本实用新型提高金属基体或金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构方法包括如下步骤：
①镀前处理：首先选择或制备25mm×25mm×3mm合金结构钢基片，用金相砂纸逐级打磨至W04（04），然后抛光，抛光后在无水丙酮和无水乙醇中先后进行超声波清洗10min，干燥后入镀膜室真空室。
②镀前准备：分别安装三个金属靶材：Ti（纯度为99.95%）靶材、Cr（纯度为99.9%）靶材和Al（纯度为99.995%）靶材，使三个靶材之间呈120°角；然后将处理后的合金结构钢基片安装于试样台，并压紧以防脱落。
③多弧离子镀膜过程：
（1）抽空真空至5×10-3Pa,通入氩气至8×10-2Pa，基体加载负偏压-800V，进行氩气溅射清洗试样表面10min，再抽空至5×10-3Pa；
（2）通入氮气至6×10-1Pa，给合金结构钢基片施加-400V的基体负偏压。加热1min；
（3）通入氮气至8×10-1Pa，给合金结构钢基片施加-200V的基体负偏压，打开Ti靶材，靶电流为60A，对合金结构钢基片轰击140min，实现TiN膜沉积，TiN层厚度为3μm；
（4）维持氮气8×10-1Pa气氛，关闭Ti靶材，打开Cr靶材，靶电流为60A，对合金结构钢基片轰击230min，实现CrN膜沉积，CrN层厚度为5μm；
（5）维持氮气8×10-1Pa气氛，关闭Cr靶材，打开Ti靶材，靶电流为60A，对合金结构钢基片轰击90min，实现TiN膜沉积，TiN层厚度为2μm；
（6）维持氮气8×10-1Pa气氛，关闭Ti靶材，打开Al靶材，靶电流为70A，对合金结构钢基片轰击210min，实现TiAlN膜沉积，TiAlN层厚度为5μm。
经试验表明，本实用新型TiN/(TiN+CrN)/TiAlN 纳米复合涂层提高了与基体的结合力，使用方便，不易剥落，具有较高的硬度和良好的抗腐蚀性能，延长了使用寿命。
Claims (5)
1.一种提高金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构，其特征在于在该基体上包括自下而上的第一TiN膜、CrN膜、第二TiN膜和TiAlN膜四层构成。
2.根据权利要求1所述的一种提高金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构，其特征在于所述的第一TiN膜和第二TiN膜的厚度分别为1～5μm 。
3.根据权利要求1所述的一种提高金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构，其特征在于所述的CrN膜的厚度为1～10μm 。
4.根据权利要求1所述的一种提高金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构，其特征在于所述的TiAlN膜的厚度为1～5μm。
5. 根据权利要求5所述的一种提高金属合金基体硬度和抗腐蚀性能的涂层结构，其特征在于所述的金属合金基体为合金结构钢基体。
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Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| CN102676991A (zh) * | 2012-06-13 | 2012-09-19 | 东莞理工学院 | Pvd技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺 |
| CN103707568A (zh) * | 2012-10-04 | 2014-04-09 | 现代自动车株式会社 | 用于发动机排气***部件的涂层材料及其制造方法 |
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| CN105385999A (zh) * | 2015-11-25 | 2016-03-09 | 哈尔滨工业大学 | 延长镜头模具钢循环使用寿命的方法 |
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Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102676991A (zh) * | 2012-06-13 | 2012-09-19 | 东莞理工学院 | Pvd技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺 |
| CN102676991B (zh) * | 2012-06-13 | 2014-01-15 | 东莞理工学院 | Pvd技术制备超硬纳米复合多层涂层的工艺 |
| CN103707568A (zh) * | 2012-10-04 | 2014-04-09 | 现代自动车株式会社 | 用于发动机排气***部件的涂层材料及其制造方法 |
| CN103707568B (zh) * | 2012-10-04 | 2017-07-11 | 现代自动车株式会社 | 用于发动机排气***部件的涂层材料及其制造方法 |
| CN103935076A (zh) * | 2013-01-23 | 2014-07-23 | 深圳富泰宏精密工业有限公司 | 壳体及其制作方法 |
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