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(lǐng)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(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(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。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(jìn)一步的需求。在TiN涂層的基礎(chǔ)上加入Cr、Al等金屬元素可以進(jìn)一步提高其硬度和抗氧化性， 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于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(guò)高的Al含量會(huì)導(dǎo)致涂層的力學(xué)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，包括基體及直接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(fù)合梯度層，該復(fù)合梯度層包括多層TiN層和多層SiOxNY 層，其中01，0 < YS 1，所述多層TiN層和多層SiOxNY層交替排布并結(jié)合成一體， 該復(fù)合梯度層中氮的原子百分含量由靠近該結(jié)合層至遠(yuǎn)離該結(jié)合層的方向呈梯度增加?！N具有硬質(zhì)涂層的被覆件的制備方法，包括以下步驟將待鍍覆的基體放入一多靶磁控濺射設(shè)備的轉(zhuǎn)架上，在該多靶磁控濺射設(shè)備內(nèi)相對(duì)設(shè)置鈦靶和二氧化硅靶；在基體上濺射一結(jié)合層；在結(jié)合層上交替濺射多層TiN層和多層SiOxNY層，以形成一復(fù)合梯度層，其中0 1,0 < Y^ 1，該多層TiN層和該多層SiOxNY層交替排布并結(jié)合成一體，該復(fù)合梯度
層中氮的原子百分含量由靠近該結(jié)合層至遠(yuǎn)離該結(jié)合層的方向呈梯度增加。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的被覆件包括由TiN層和SiN層交替排布并結(jié)合成一體而形成的復(fù)合梯度層，TiN層和SiN層之間存在多晶超晶格硬化效應(yīng)，使得涂層整體具有較高的硬度。而且，該復(fù)合梯度層成分呈梯度變化，靠近結(jié)合層處氮含量較低，金屬鈦含量相對(duì)較高，使得復(fù)合梯度層與基體結(jié)合力較好；隨著復(fù)合梯度層厚度的增加，氮含量逐漸增加，使得涂層的硬度越來(lái)越高。


圖1為本發(fā)明較佳實(shí)施例的被覆件的剖視示意圖2為用以制作圖1中被覆件的鍍膜機(jī)的示意圖。
主要元件符號(hào)說(shuō)明
多靶磁控濺射設(shè)備100
被覆件10
基體12
5口口 te14
復(fù)合梯度層16
TiN層162
SiOxNy 層164
真空鍍膜室20
軌跡 21
鈦靶 22
二氧化硅靶 2具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明較佳實(shí)施例具有硬質(zhì)涂層的被覆件10包括基體12、直接形成于基體12上的結(jié)合層14及形成于結(jié)合層14上的復(fù)合梯度層16，復(fù)合梯度層16用以增加被覆件10的硬度。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
口巫寸ο該結(jié)合層14為一鈦金屬層，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(fù)合梯度層16與基體12之間的結(jié)合力。該復(fù)合梯度層16包括多層TiN層162和多層SiOxNY層164，其中01，0 < Y^ 1，所述多層TiN層162和多層SiOxNY層164交替排布并結(jié)合成一體。每一 TiN層 162和與其相鄰的SiOxNY層164的厚度之和大約為5 lOnm。TiN層162的層數(shù)可為100 200層，SiOxNy層164的層數(shù)可為100 200層。該復(fù)合梯度層16的總厚度大約為2 5 微米。復(fù)合梯度層16中氮的原子百分含量由靠近該結(jié)合層14至遠(yuǎn)離該結(jié)合層14的方向逐層呈梯度增加。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(duì)基體12進(jìn)行清洗。該步驟可將基體12盛裝有乙醇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12表面的雜質(zhì)和油污等，清洗完畢后烘干備用。請(qǐng)一并參閱圖2，將經(jīng)上述清洗的基體12放入一多靶磁控濺射設(shè)備100的真空鍍膜室20中并使其沿軌跡21轉(zhuǎn)動(dòng)，在該多靶磁控濺射設(shè)備100內(nèi)相對(duì)設(shè)置鈦靶22和二氧化硅靶23。濺射清洗鈦靶22和二氧化硅靶23。該濺射清洗的具體操作及工藝參數(shù)為對(duì)多靶磁控濺射設(shè)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(kāi)，防止基體12被濺鍍。開(kāi)啟鈦靶22和二氧化硅靶23電源，調(diào)節(jié)基體12上的偏壓至-100 -200V，濺射清洗鈦靶22和二氧化硅靶23的時(shí)間為5 20分鐘。該步驟是利用離子源轟擊靶材，使鈦靶22和二氧化硅靶23 表層原子濺射出來(lái)，以除去靶材表層可能存在的氧化物等雜質(zhì)。清洗靶材的同時(shí)應(yīng)避免濺射出來(lái)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(kāi)。清洗結(jié)束后，關(guān)閉鈦靶22和二氧化硅靶23。在基體12上濺射該結(jié)合層14。調(diào)節(jié)氬氣流量為400 500sCCm(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)毫升/ 分鐘)，調(diào)節(jié)基體12上的偏壓至-150 -500V ；開(kāi)啟鈦靶22，電流為40 70A，對(duì)基體12 預(yù)濺射3 5分鐘，以形成該鈦金屬的結(jié)合層14。在結(jié)合層14上交替濺射多層TiN層162和多層SiOxNY層164，以形成該復(fù)合梯度層16。調(diào)節(jié)氬氣流量為200 300sCCm，同時(shí)向真空鍍膜室20通入氮?dú)?，氮?dú)獾某跏剂髁繛?0 150sCCm，設(shè)置氮?dú)饬髁恐鸩皆黾樱黾铀俾蕿? 4sCCm/min，直至氮?dú)饬髁吭黾又?00 400sCCm ；保持基體12的偏壓不變，開(kāi)啟鈦靶22和二氧化硅靶23電源，電流均為 40 70安培，設(shè)置所述轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)速為1 3rpm(revolution per minute，轉(zhuǎn)/分鐘)，進(jìn)而控制基體12交替途經(jīng)鈦靶22和二氧化硅靶23，從而在基體12上交替沉積氮原子含量呈梯度增加的TiN層162和SiOxNy層164。沉積時(shí)間約為30分鐘 1小時(shí)。本發(fā)明的被覆件10包括由TiN層162和SiOxNY層164交替排布并結(jié)合成一體而形成的復(fù)合梯度層16。每一 TiN層162和SiOxNY層164的厚度都是納米級(jí)別，TiN層162 和SiOxNY層164之間存在多晶超晶格硬化效應(yīng)，使得涂層整體具有較高的硬度。而且，該復(fù)合梯度層16成分呈梯度變化，即靠近結(jié)合層14處氮含量較低，金屬鈦含量相對(duì)較高，使得復(fù)合梯度層16與基體12結(jié)合力較好；隨著復(fù)合梯度層16厚度的增加，氮含量逐漸增加，使得涂層的硬度越來(lái)越高?？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，在所述多靶磁控濺射設(shè)備內(nèi)對(duì)基體12進(jìn)行離子清洗。
權(quán)利要求
1.一種具有硬質(zhì)涂層的被覆件，包括基體及直接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(fù)合梯度層，該復(fù)合梯度層包括多層TiN層和多層SiOxNY層，其中0<X彡1，0<Y<1，所述多層TiN層和多層SiOxNY層交替排布并結(jié)合成一體，該復(fù)合梯度層中氮的原子百分含量由靠近該結(jié)合層至遠(yuǎn)離該結(jié)合層的方向呈梯度增加。
2.如權(quán)利要求1所述的被覆件，其特征在于該復(fù)合梯度層中的氮的原子百分含量在 18% 38%之間。
3.如權(quán)利要求1所述的被覆件，其特征在于所述每一TiN層和與其相鄰SiOxNY層的厚度之和為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(fù)合梯度層包括100 200層TiN層和100 200層SiOxNY層，該復(fù)合梯度層的總厚度為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)合層為一鈦金屬層。
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多靶磁控濺射設(shè)備及待鍍覆的基體，該多靶磁控濺射設(shè)備內(nèi)相對(duì)設(shè)置鈦靶和二氧化硅靶；將待鍍覆的基體放入多靶磁控濺射設(shè)備的轉(zhuǎn)架上；由多靶磁控濺射設(shè)備在基體上濺射一結(jié)合層；由多靶磁控濺射設(shè)備在結(jié)合層上交替濺射多層TiN層和多層SiOxNY層，以形成一復(fù)合梯度層，其中0 < XS 1,0 < Y^ 1，該多層TiN層和該多層SiOxNY層交替排布并結(jié)合成一體，該復(fù)合梯度層中氮的原子百分含量由靠近該結(jié)合層至遠(yuǎn)離該結(jié)合層的方向呈梯度增加。
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(fù)合梯度層的步驟為以氬氣為離子源氣體，同時(shí)向所述多靶磁控濺射設(shè)備的真空鍍膜室通入氮?dú)猓獨(dú)獾某跏剂髁繛?0 150sCCm，設(shè)置氮?dú)饬髁恐鸩皆黾?，增加速率? 如ccm/min，直至氮?dú)饬髁吭黾又?00 400sccm，基體加偏壓-150 -500V ；開(kāi)啟鈦靶和二氧化硅靶電源，電流均為60 70安培，轉(zhuǎn)架的轉(zhuǎn)速為1 3rpm，在該基體上交替沉積該多層TiN層和該多層 SiOxNY層，沉積時(shí)間為30分鐘 1小時(shí)。
9.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)合層為一鈦金屬層。
全文摘要
一種具有硬質(zhì)涂層的被覆件，包括基體及直接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(fù)合梯度層，該復(fù)合梯度層包括多層TiN層和多層SiOXNY層，其中0＜X≤1，0＜Y≤1，所述多層TiN層和多層SiOXNY層交替排布并結(jié)合成一體，該復(fù)合梯度層中氮的原子百分含量由靠近該結(jié)合層至遠(yuǎn)離該結(jié)合層的方向呈梯度增加。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(hào)C23C14/35GK102534484SQ20101060543
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月25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