專(zhuān)利名稱(chēng)：硬質(zhì)薄膜、具備硬質(zhì)薄膜的產(chǎn)品及該產(chǎn)品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種硬質(zhì)薄膜、具備該硬質(zhì)薄膜的產(chǎn)品、及該產(chǎn)品的制作方法。
背景技術(shù)：
硬質(zhì)薄膜廣泛地應(yīng)用于硬質(zhì)合金、高速鋼、以及陶瓷等材料的表面以制作出高硬度及高耐磨性的產(chǎn)品?，F(xiàn)有的硬質(zhì)薄膜主要為氮鈦鋁(TiAlN)薄膜。然，在對(duì)產(chǎn)品硬度有更高要求時(shí)，如刀具，單純的氮鈦鋁薄膜的硬度和耐磨性能還略顯不足。目前，高切削速度、高進(jìn)給速度、高可靠性、高精度和長(zhǎng)壽命是刀具的發(fā)展方向，而不用或少用冷卻液的干式切削技術(shù)，由于效率高，對(duì)環(huán)境污染小，正逐步成為切削技術(shù)的主流。然這些技術(shù)對(duì)刀具涂層的性能提出了更高的性能要求，尤其是長(zhǎng)時(shí)間的干式切削將導(dǎo)致刀具與被切削件接觸處溫度迅速升至600-800攝氏度以上，這些條件不僅要求涂層具有優(yōu)異的高溫抗氧化性能，還要求涂層具有更高硬度、耐摩擦等性能，單純氮鈦鋁薄膜的硬度和耐磨性能以難以滿(mǎn)足要求。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述內(nèi)容，有必要提供一種高硬度、高耐磨損性的硬質(zhì)薄膜。另外，還有必要提供一種具備上述硬質(zhì)薄膜的產(chǎn)品。此外，有必要提供一種上述產(chǎn)品的制作方法?！N硬質(zhì)薄膜，包括多層復(fù)合膜層及至少一鎳(Ni)層，每一所述復(fù)合膜層包括多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁(CrAlN)層，該多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁層交替排列，所述鎳層形成于二相鄰復(fù)合膜層之間。一種產(chǎn)品，包括基體及形成于基體上的硬質(zhì)薄膜，所述硬質(zhì)薄膜包括多層復(fù)合膜層及至少一層鎳層，每一所述復(fù)合膜層包括多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁層，該多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁層交替排列，所述鎳層形成于二相鄰復(fù)合膜層之間。一種產(chǎn)品的制作方法，包括以下步驟提供一基體；將基體置入鍍膜機(jī)中交替沉積氮鈦鋁層與氮鉻鋁層以形成一復(fù)合膜層后，于該復(fù)合膜層表面沉積一鎳層；于該鎳層表面沉積另一復(fù)合層，照上述過(guò)程循環(huán)沉積，制得所述產(chǎn)品，使得產(chǎn)品最外層為一復(fù)合膜層。本硬質(zhì)薄膜由氮鈦鋁層、氮鉻鋁層及鎳層沉積形成，該具備高硬度及優(yōu)良的耐磨性能氮鈦鋁層與氮鉻鋁層交替沉積，通過(guò)交替沉積且結(jié)合納米多層薄膜的硬化效應(yīng)可使得硬質(zhì)薄膜整體具有較高的硬度，硬度可高達(dá)40Gpa，可耐高溫至900°C。通過(guò)間隔地加入鎳層可緩解硬質(zhì)薄膜的內(nèi)應(yīng)力，延長(zhǎng)硬質(zhì)薄膜的使用壽命。


圖1是本發(fā)明較佳實(shí)施例具備硬質(zhì)薄膜的產(chǎn)品的剖視示意圖
圖2是圖1所示產(chǎn)品的制作方法流程圖3是圖1產(chǎn)品的制作過(guò)程中所用鍍膜機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明
女口廣口口10
基體11
硬質(zhì)薄膜12
復(fù)合膜層120
氮鈦鋁層121
氮鉻鋁層122
鎳層130
鍍膜機(jī)100
鍍膜室20
真空泵30
軌跡21
第一靶材22
第二靶材23
第三靶材24
氣源通道2具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一較佳實(shí)施例的產(chǎn)品10，包括基體11、及形成在基體11上的硬質(zhì)薄膜12。所述產(chǎn)品10可為刀具，該基體11的材質(zhì)可為硬質(zhì)合金、高速鋼、陶瓷、以及金屬陶瓷等。所述硬質(zhì)薄膜12通過(guò)PVD (物理氣相沉積)鍍膜形成在該基體11的表面，該硬質(zhì)薄膜12包括多層復(fù)合膜層120及至少一層鎳(Ni)層130。每一復(fù)合膜層120包括多層氮鈦鋁(TiAlN)層121與多層氮鉻鋁(CrAlN)層122，該多層氮鈦鋁層121與多層氮鉻鋁層 122交替排列。所述多層氮鈦鋁層121與多層氮鉻鋁層122的層數(shù)分別優(yōu)選為5_8層。每一所述鎳層130層疊于兩復(fù)合膜層120之間，用以緩解硬質(zhì)薄膜12的內(nèi)應(yīng)力。所述交替排列的多層氮鈦鋁層121與多層氮鉻鋁層122的總厚度在8-20納米之間。每一鎳層130的厚度為20-40納米。所述復(fù)合膜層120可為多層，二相鄰的復(fù)合膜層120之間形成有一層鎳層130。所述硬質(zhì)薄膜12的總厚度較佳為1. 5-3微米。其中，與基體11接觸的一層可為氮鈦鋁層121 或氮鉻鋁層122，該氮鈦鋁層121或氮鉻鋁層122與基體11的熱膨脹系數(shù)接近，在溫度變化時(shí)與基體11結(jié)合處不會(huì)產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，便于與基體11結(jié)合穩(wěn)定。由于鎳層130材質(zhì)較軟，外露造成產(chǎn)品10硬度不佳，因此，外露于產(chǎn)品10表面的一層為復(fù)合膜層120的氮鈦鋁層121或氮鉻鋁層122。請(qǐng)結(jié)合參閱圖2及圖3，該產(chǎn)品10的制作方法包括以下步驟Sl 提供一基體11，將該基體11表面進(jìn)行超聲波清洗，如采用無(wú)水乙醇或丙酮對(duì)基體11進(jìn)行超聲波清洗，以除去基體11表面的油污。S2 將基體11烘干后置入鍍膜機(jī)100中進(jìn)行PVD鍍膜形成所述硬質(zhì)薄膜12，該硬質(zhì)薄膜12通過(guò)交替沉積復(fù)合膜層120與鎳層130形成。所述鍍膜機(jī)100包括一鍍膜室20及連接于鍍膜室20的一真空泵30，真空泵30用以對(duì)鍍膜室20抽真空。該鍍膜室20內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)架(未圖示)及擋板(未圖示)、轉(zhuǎn)架帶動(dòng)基體11沿圓形軌跡21運(yùn)行。擋板用以在清洗靶材時(shí)隔離濺射的粒子濺射至基體11，其通過(guò)電動(dòng)控制自動(dòng)打開(kāi)或關(guān)閉。軌跡21兩側(cè)分別設(shè)置有二相對(duì)的第一靶材22、二相對(duì)的第二靶材23及二相對(duì)的第三靶材M，其中二第一靶材22、二第二靶材23關(guān)于軌跡21的中心對(duì)稱(chēng)設(shè)置。每一第一靶材22、每一第二靶材23、及每一第三靶材M的兩端均設(shè)有氣源通道25。當(dāng)基體11穿過(guò)二第一靶材22之間，二第二靶材23之間，及二第三靶材M之間時(shí)，將分別鍍上第一靶材22、第二靶材23、及第三靶材M表面濺射出的粒子。鍍膜所述硬質(zhì)薄膜12的過(guò)程如下(1)將第一靶材22、第二靶材23及第三靶材24分別置于鍍膜機(jī)的濺射源上，第一靶材22為T(mén)iAl靶材、第二靶材23為CrAl靶材、第三靶材M為鎳靶材。首先清洗各靶材表面，清洗過(guò)程如下抽真空至3. OX 10_3Pa，通入流量為500cm7s的高純氬氣，調(diào)節(jié)基體11的偏壓為-250 -350V，開(kāi)啟第一靶材22、第二靶材23及第三靶材M，各靶材電流均為30 50A之間，氬氣轟擊第一靶材22、第二靶材23及第三靶材M的表面，如此將第一靶材22、第二靶材23及第三靶材M表面清洗干凈。在清洗時(shí)轉(zhuǎn)架不轉(zhuǎn)動(dòng)，且開(kāi)啟擋板將濺射的粒子與基體11隔離。( 接著在基體11表面交替沉積氮鈦鋁層121與氮鉻鋁層122形成一復(fù)合膜層120。關(guān)閉第三靶材M，調(diào)節(jié)氬氣流量為300cm7s，通入流量為80 150cm7s的氮?dú)猓徽{(diào)節(jié)第一靶材22、第二靶材23電流為30 45A，調(diào)節(jié)基體11的偏壓至-250 -450V，關(guān)閉擋板，開(kāi)啟轉(zhuǎn)架，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)架速度為0. 5_3r/min (轉(zhuǎn)/分鐘)，如此交替沉積氮鈦鋁層121與氮鉻鋁層122，交替沉積5_8個(gè)周期，沉積時(shí)間為250 300s，從而形成一復(fù)合膜層120。然后關(guān)閉第一靶材22與第二靶材23的電流，并停止通入氮?dú)狻ｉ_(kāi)啟第三靶材對(duì)，調(diào)節(jié)第三靶材M電流為20 30A，開(kāi)始沉積鎳層130，沉積時(shí)間為60 120s。如此，將形成一層鎳層130在復(fù)合膜層120表面。然后關(guān)閉第三靶材對(duì)，開(kāi)啟第一靶材22與第二靶材23電源，通入氮?dú)?。重?fù)上述過(guò)程形成復(fù)合膜層120，然后在復(fù)合膜層120上形成鎳層130，以此循環(huán)，直至硬質(zhì)薄膜12的總厚度達(dá)1. 5-3微米之間，且硬質(zhì)薄膜12表面層為復(fù)合膜層120，如此獲得產(chǎn)品10。鍍膜結(jié)束后，關(guān)閉靶材電流、偏壓、氣流等，待鍍膜室內(nèi)溫降至室溫后取出產(chǎn)品10。本硬質(zhì)薄膜12由氮鈦鋁層、氮鉻鋁層及鎳層沉積形成，氮鈦鋁層與氮鉻鋁層具備高硬度及優(yōu)良的耐磨性能，交替沉積5-8個(gè)周期后結(jié)合納米多層薄膜的硬化效應(yīng)可使得硬質(zhì)薄膜整體具有較高的硬度，硬度可高達(dá)40Gpa，抗高溫氧化性可達(dá)900°C ；通過(guò)間隔地加入鎳層可緩解硬質(zhì)薄膜12的內(nèi)應(yīng)力，延長(zhǎng)硬質(zhì)薄膜12的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種硬質(zhì)薄膜，其特征在于其包括多層復(fù)合膜層及至少一層鎳層，每一所述復(fù)合膜層包括多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁層，該多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁層交替排列，所述鎳層形成于二相鄰復(fù)合膜層之間。
2.如權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)薄膜，其特征在于所述多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁層交替排列的層數(shù)分別為5-8層，每一氮鈦鋁層與每一氮鉻鋁層的厚度在8-20納米之間。
3.如權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)薄膜，其特征在于所述硬質(zhì)薄膜的總厚度為1.5-3微米， 所述硬質(zhì)薄膜的外表為一復(fù)合膜層。
4.一種產(chǎn)品，包括基體及形成于基體上的硬質(zhì)薄膜，其特征在于所述硬質(zhì)薄膜包括多層復(fù)合膜層及至少一層鎳層，每一所述復(fù)合膜層包括多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁層，該多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁層交替排列，所述鎳層形成于二相鄰復(fù)合膜層之間。
5.如權(quán)利要求4所述的產(chǎn)品，其特征在于所述基體選擇為硬質(zhì)合金、高速鋼、陶瓷、以及金屬陶瓷中的一種。
6.如權(quán)利要求3所述的產(chǎn)品，其特征在于所述多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁層交替排列的層數(shù)分別為5-8層，每一氮鈦鋁層與每一氮鉻鋁層的厚度在8-20納米之間。
7.一種產(chǎn)品的制作方法，包括以下步驟提供一基體；將基體置入鍍膜機(jī)中交替沉積氮鈦鋁層與氮鉻鋁層以形成一復(fù)合膜層后，于該復(fù)合膜層表面沉積一鎳層；于該鎳層表面沉積另一復(fù)合層，照上述過(guò)程循環(huán)沉積，制得所述產(chǎn)品，使得產(chǎn)品最外層為一復(fù)合膜層。
8.如權(quán)利要求7所述的產(chǎn)品的制作方法，其特征在于交替沉積前先清洗靶材，清洗過(guò)程中，將鍍膜室內(nèi)抽真空至3. OX 10_3Pa，通入流量為500cm7s的高純氬氣，開(kāi)啟TiAl靶材、 CrAl靶材及鎳靶材，各靶材的電流為30-50A。
9.如權(quán)利要求8所述的產(chǎn)品的制作方法，其特征在于交替沉積每一氮鈦鋁層與每一氮鉻鋁層時(shí)，調(diào)節(jié)鍍膜室內(nèi)氬氣流量為300cm7s，通入流量為80 150cm7s的氮?dú)?，調(diào)節(jié)TiAl靶材與CrAl靶材電流為30 45A，調(diào)節(jié)偏壓至-250 -450V，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)架速度為 0. 5-3r/min (轉(zhuǎn) / 分鐘)。
10.如權(quán)利要求7所述的產(chǎn)品的制作方法，其特征在于沉積每一鎳層過(guò)程中，調(diào)節(jié)鎳靶材電流為20 30A，沉積時(shí)間為60 120s。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種硬質(zhì)薄膜、具備硬質(zhì)薄膜的產(chǎn)品、及產(chǎn)品的制作方法，一種硬質(zhì)薄膜，包括多層復(fù)合膜層及至少一層鎳層，每一所述復(fù)合膜層包括多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁層，該多層氮鈦鋁層與多層氮鉻鋁層交替排列，所述鎳層形成于二相鄰復(fù)合膜層之間。產(chǎn)品包括一基體及形成在基體上的所述硬質(zhì)薄膜。產(chǎn)品的制作方法包括將基體置入鍍膜機(jī)中交替沉積氮鈦鋁層與氮鉻鋁層多個(gè)周期后，沉積一鎳層。具有所述硬質(zhì)薄膜的產(chǎn)品，產(chǎn)品的硬度與耐磨性均極大的提高，且制備方法簡(jiǎn)單。
文檔編號(hào)C23C14/06GK102560344SQ20101060442
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者張新倍, 彭立全, 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