專利名稱：被覆件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被覆件及其制造方法。
背景技術(shù)：
PVD鍍膜工藝在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，其中，TiN, TiAlN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(jìn)給速度、高可靠性、長(zhǎng)壽命、高精度和良好的切削控制性方面發(fā)展，對(duì)表面涂層的性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的TiN、TiAlN涂層在硬度、耐磨性及潤(rùn)滑性等方面已經(jīng)不能滿足要求。研究發(fā)現(xiàn)，在TiN中摻入Si可以進(jìn)一步提高其硬度，但是韌性較低，在用于切削高硬度材料時(shí)，刀具的刃口易產(chǎn)生卷刃。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，提供一種具有良好的硬度、耐磨性及潤(rùn)滑性的被覆件。另外，還提供一種上述被覆件的制造方法。一種被覆件，包括基體及形成于該基體上的梯度潤(rùn)滑層，所述梯度潤(rùn)滑層為 TiAlMoN層，所述梯度潤(rùn)滑層中N原子的百分含量由靠近基體至遠(yuǎn)離基體的方向呈梯度增加。—種被覆件的制造方法，其包括如下步驟提供基體；以氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體，采用鈦鋁復(fù)合靶及鉬靶為靶材，通過(guò)電弧離子鍍膜法于該基體的表面形成梯度潤(rùn)滑層，所述梯度潤(rùn)滑層中N原子的百分含量由靠近基體至遠(yuǎn)離基體的方向呈梯度增加。在所述梯度潤(rùn)滑層的形成過(guò)程中，Mo元素的加入可抑制TiN、AlN晶粒的長(zhǎng)大，使得梯度潤(rùn)滑層中的TiN、AlN晶粒的粒徑維持在納米級(jí)，從而顯著地提高了所述梯度潤(rùn)滑層的硬度、韌性及致密性。所述梯度潤(rùn)滑層的硬度及韌性的提高，可顯著地提高所述被覆件的耐磨性。此外，Mo元素的加入還可降低所述梯度潤(rùn)滑層的摩擦系數(shù)，使梯度潤(rùn)滑層具有較好的潤(rùn)滑性，從而減輕所述被覆件的表面摩擦。當(dāng)被覆件為切削刀具時(shí)，可降低切削刀具與切屑之間的粘附性，起到減少切削熱的作用，使其加工硬度較低的材料以及粘性較大的材料時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。


圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施方式被覆件的剖視示意圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明被覆件10基體11
結(jié)合層13梯度潤(rùn)滑層 1具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一較佳實(shí)施例的被覆件10包括基體11及形成于該基體11表面的梯度潤(rùn)滑層15。該基體11的材質(zhì)可以為高速鋼、硬質(zhì)合金及不銹鋼等。該被覆件10 可以為各類切削刀具、精密量具、模具、3C電子產(chǎn)品外殼及各種建筑裝飾件等。所述梯度潤(rùn)滑層15為T(mén)iAlMoN層。所述梯度潤(rùn)滑層15中N原子的百分含量由靠近基體11至遠(yuǎn)離基體11的方向呈梯度增加。所述梯度潤(rùn)滑層15的厚度為0. 7 3. 0 μ m， 其可通過(guò)電弧離子鍍膜法形成。該被覆件10還包括形成于該基體11與梯度潤(rùn)滑層15之間的結(jié)合層13。該結(jié)合層13為T(mén)iAl層。所述結(jié)合層13的形成用以增強(qiáng)所述梯度潤(rùn)滑層15與基體11之間的結(jié)合力。所述結(jié)合層13的厚度為50 200nm。所述被覆件10的制造方法主要包括如下步驟提供基體11，該基體11可以通過(guò)沖壓成型得到，其具有待制得的被覆件10的結(jié)構(gòu)。將所述基體11放入盛裝有乙醇及/或丙酮溶液的超聲波清洗器中進(jìn)行震動(dòng)清洗， 以除去基體11表面的雜質(zhì)和油污。清洗完畢后烘干備用。再對(duì)基體11的表面進(jìn)行氬氣等離子體清洗，進(jìn)一步去除基體11表面的油污，以改善基體11表面與后續(xù)涂層的結(jié)合力。對(duì)基體11的表面進(jìn)行氬氣等離子體清洗的方法包括如下步驟將基體11放入一電弧離子鍍膜機(jī)(圖未示)的鍍膜室內(nèi)的工件架上，對(duì)該鍍膜室進(jìn)行抽真空處理至真空度為3. OX 10_3Pa，以300 500sCCm(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/分鐘)的流量向鍍膜室內(nèi)通入純度為99. 999%的氬氣(工作氣體)，于基體11上施加-300 -800V 的偏壓，在所述鍍膜室中形成高頻電壓，使所述氬氣發(fā)生離子化而產(chǎn)生氬氣等離子體對(duì)基體11的表面進(jìn)行物理轟擊，而達(dá)到對(duì)基體11表面清洗的目的。所述氬氣等離子體清洗的時(shí)間為3 IOmin。采用電弧離子鍍膜法的方式在基體11表面依次形成結(jié)合層13及梯度潤(rùn)滑層15。 所述結(jié)合層13為T(mén)iAl層，所述梯度潤(rùn)滑層15為T(mén)iAlMoN層，該梯度潤(rùn)滑層15中N原子的百分含量由靠近基體11至遠(yuǎn)離基體11的方向呈梯度增加。形成該結(jié)合層13及梯度潤(rùn)滑層15的具體操作方法及工藝參數(shù)為在所述等離子體清洗完成后，調(diào)節(jié)氬氣(工作氣體)流量至200 300sCCm，加熱所述鍍膜室至200 450°C;開(kāi)啟已置于所述電弧離子鍍膜機(jī)中的鈦鋁(TiAl)復(fù)合靶的電源，并設(shè)定其功率為1 15kw，于基體11上施加-100 -400V的偏壓，沉積結(jié)合層13。沉積該結(jié)合層13的時(shí)間為5 lOmin。其中，所述鈦鋁復(fù)合靶中鈦的質(zhì)量百分含量為50 75%。形成所述結(jié)合層13后，向所述鍍膜室中通入初始流量為20 30sCCm的反應(yīng)氣體氮?dú)猓３稚鲜銎珘?、氬氣流量及鈦鋁復(fù)合靶的電源功率不變，并開(kāi)啟已置于所述電弧離子鍍膜機(jī)中的鉬靶電源，設(shè)置其功率為0. 5 5kw，沉積所述梯度潤(rùn)滑層15。在沉積該梯度潤(rùn)滑層15的過(guò)程中，每沉積5 15min分別增大氮?dú)獾牧髁?0 30sCCm，使N原子在梯度潤(rùn)滑層15中的百分含量由靠近基體11至遠(yuǎn)離基體11的方向呈梯度增加，最終使氮?dú)獾牧髁窟_(dá)到150 300sccm。沉積該梯度潤(rùn)滑層15的時(shí)間為60 120min。所述的梯度潤(rùn)滑層15在其形成過(guò)程中，Mo不能與Al、Ti形成固溶相，而是在晶界上形成MoN相，因此Mo元素的加入可抑制TiN、AlN晶粒的長(zhǎng)大，使得梯度潤(rùn)滑層15中的 TiN, AlN晶粒的粒徑維持在納米級(jí)，從而顯著地提高了所述梯度潤(rùn)滑層15的硬度、韌性及致密性。所述梯度潤(rùn)滑層15的N原子的百分含量呈梯度變化，與結(jié)合層13的結(jié)合處N原子的百分含量較低，使其具有與結(jié)合層13、基體11較相近的熱膨脹系數(shù)，因此界面處內(nèi)應(yīng)力小，使得梯度潤(rùn)滑層15與結(jié)合層13之間的結(jié)合力增強(qiáng)；所述梯度潤(rùn)滑層15表層的N原子的百分含量較高，因此梯度潤(rùn)滑層15表層的硬度較高。所述梯度潤(rùn)滑層15的硬度、韌性的提高及梯度潤(rùn)滑層15與結(jié)合層13之間結(jié)合力的增強(qiáng)，可顯著地提高所述被覆件10的耐磨性。Mo元素的加入可降低所述梯度潤(rùn)滑層15的摩擦系數(shù)，使梯度潤(rùn)滑層15具有較好的潤(rùn)滑性，從而可減輕所述被覆件10的表面摩擦。當(dāng)被覆件10為切削刀具時(shí)，可降低切削刀具與切屑之間的粘附性，起到減少切削熱的作用，使其加工硬度較低的材料以及粘性較大的材料時(shí)更具優(yōu)勢(shì)。此外，在高溫狀態(tài)下，所述梯度潤(rùn)滑層15中的Al原子將擴(kuò)散至該梯度潤(rùn)滑層15 的表層，與氧氣反應(yīng)形成致密的含有Al2O3的保護(hù)膜，可阻止梯度潤(rùn)滑層15中的元素向外擴(kuò)散及外界的氧氣向梯度潤(rùn)滑層15內(nèi)的擴(kuò)散，如此可大大提高所述被覆件10的高溫抗氧化能力。
權(quán)利要求
1.一種被覆件，包括基體，其特征在于該被覆件還包括形成于該基體上的梯度潤(rùn)滑層，所述梯度潤(rùn)滑層為T(mén)iAlMoN層，所述梯度潤(rùn)滑層中N原子的百分含量由靠近基體至遠(yuǎn)離基體的方向呈梯度增加。
2.如權(quán)利要求1所述的被覆件，其特征在于所述梯度潤(rùn)滑層的厚度為0.7 3. O μ m。
3.如權(quán)利要求1或2所述的被覆件，其特征在于所述梯度潤(rùn)滑層通過(guò)電弧離子鍍膜法形成。
4.如權(quán)利要求1所述的被覆件，其特征在于所述被覆件還包括形成于所述基體與所述梯度潤(rùn)滑層之間的結(jié)合層，該結(jié)合層為T(mén)iAl層，其通過(guò)電弧離子鍍膜法制成。
5.如權(quán)利要求4所述的被覆件，其特征在于所述結(jié)合層的厚度為50 200nm。
6.一種被覆件的制造方法，其包括如下步驟提供基體；以氮?dú)鉃榉磻?yīng)氣體，采用鈦鋁復(fù)合靶及鉬靶為靶材，通過(guò)電弧離子鍍膜法于該基體的表面形成梯度潤(rùn)滑層，所述梯度潤(rùn)滑層中N原子的百分含量由靠近基體至遠(yuǎn)離基體的方向呈梯度增加。
7.如權(quán)利要求6所述的被覆件的制造方法，其特征在于電弧離子鍍膜形成所述梯度潤(rùn)滑層的工藝參數(shù)為以氬氣為工作氣體，其流量為200 300sCCm，設(shè)置氮?dú)獾某跏剂髁繛?0 30sCCm，于基體上施加-100 -400V的偏壓，設(shè)置鈦鋁復(fù)合靶材及鉬靶的電源功率分別為1 15kw、0. 5 5kw ；每沉積5 15min分別增大氮?dú)獾牧髁?0 30sccm，沉積時(shí)間為60 120min。
8.如權(quán)利要求6或7所述的被覆件的制造方法，其特征在于所述鈦鋁復(fù)合靶中鈦的質(zhì)量百分含量為50 75%。
9.如權(quán)利要求6所述的被覆件的制造方法，其特征在于所述被覆件的制造方法還包括在形成所述梯度潤(rùn)滑層之前，于所述基體的表面通過(guò)電弧離子鍍膜法形成結(jié)合層的步馬聚ο
10.如權(quán)利要求9所述的被覆件的制造方法，其特征在于該結(jié)合層為T(mén)iAl層，沉積所述結(jié)合層的工藝參數(shù)為以鈦鋁復(fù)合靶為靶材，設(shè)置其電源功率為1 15kw，于基體上施加-100 -400V的偏壓，以氬氣為工作氣體，其流量為200 300SCCm，電弧離子鍍膜的溫度為200 450°C，沉積時(shí)間為5 lOmin。
全文摘要
一種被覆件，包括基體及形成于該基體上的梯度潤(rùn)滑層，所述梯度潤(rùn)滑層為T(mén)iAlMoN層，所述梯度潤(rùn)滑層中N原子的百分含量由靠近基體至遠(yuǎn)離基體的方向呈梯度增加。所述被覆件的具有良好的硬度、耐磨性及潤(rùn)滑性。本發(fā)明還提供了上述被覆件的制造方法。
文檔編號(hào)C23C14/06GK102453856SQ20101052321
公開(kāi)日2012年5月16日 申請(qǐng)日期2010年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月28日
發(fā)明者張新倍, 胡智杰, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士 申請(qǐng)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