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专利号: 2020102340465
申请人: 天津职业技术师范大学(中国职业培训指导教师进修中心)
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-09-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有高硬度和高抗氧化性能的CrAlN/AlN纳米多层涂层,其特征在于:该纳米多层涂层是由AlN层与CrAlN层交替复合而成,所述CrAlN层为Al固溶于CrN相中的fcc-(Cr,Al)N结构,AlN层沿CrAlN层外延生长并保持面心立方结构;所述CrAlN层与AlN层均为纳米级尺寸。

2.根据权利要求1所述的具有高硬度和高抗氧化性能的CrAlN/AlN纳米多层涂层,其特征在于:该纳米多层涂层中,N含量为40-55at.%,Al含量为25-40at.%,Cr含量为10-

25at.%。

3.根据权利要求1所述的具有高硬度和高抗氧化性能的CrAlN/AlN纳米多层涂层,其特征在于:该纳米多层涂层的调制周期为5-20nm,调制比为CrAlN:AlN=0.5-3;该纳米多层涂层总厚度2-10微米。

4.根据权利要求1所述的具有高硬度和高抗氧化性能的CrAlN/AlN纳米多层涂层,其特征在于:该纳米多层涂层沉积于金属、硬质合金或陶瓷基体表面,该纳米多层涂层与基体之间还沉积有厚度100~300nm的纯CrAl金属过渡层和厚度10~300nm的CrAlN金属过渡层,其中:纯CrAl金属过渡层沉积在基体表面,CrAlN金属过渡层沉积于纯CrAl金属过渡层表面。

5.根据权利要求1所述的具有高硬度和高抗氧化性能的CrAlN/AlN纳米多层涂层,其特征在于:该纳米多层涂层的硬度为25~50GPa,弹性模量为300~500GPa;具有较好的抗高温氧化性能,与基体结合良好。

6.根据权利要求1-5任一所述的具有高硬度和高抗氧化性能的CrAlN/AlN纳米多层涂层的制备方法,其特征在于:采用电弧离子镀和磁控溅射复合技术在基体表面沉积所述纳米多层涂层,采用CrAl金属和纯Al金属作为靶材;该方法具体包括如下步骤:(1)将基体材料在依次在丙酮、酒精和去离子水中超声清洗15~30min后,放在镀膜室转架上,转架旋转速度5~40r/min,靶基距约为150mm;

(2)抽真空使真空室气压小于9×10-3Pa时,对炉腔加热至200~500℃,真空室气压再次小于9×10-3Pa时通入Ar气,Ar气流量为50~500sccm,调节真空室压强为0.6~3Pa,向基体施加-600~1000V负偏压,辉光清洗10~30min;然后开启CrAl靶,靶材电流为70~200A,将偏压调节至-200~-30V,在基体上沉积纯CrAl金属过渡层,沉积时间5~40min;

(3)保持CrAl靶开启,再通入N2,N2流量为100~500sccm,同时调整Ar流量使气体流量比N2/Ar为3~10;调整真空室压强为0.6~3Pa,沉积CrAlN层5~30min;

(4)保持CrAl靶开启以及N2和Ar的通入流量,再开启Al靶,Al靶功率为2~4kW,沉积CrAlN/AlN纳米多层涂层,沉积时间为60~480min。

7.根据权利要求6所述的CrAlN/AlN纳米多层涂层的制备方法,其特征在于:该方法中,CrAl靶和Al靶分别与电弧离子镀和直流脉冲磁控溅射电源连接;所述基体置于真空室中间,CrAl靶和Al靶在基体两侧相对设置,在步骤(4)沉积CrAlN/AlN纳米多层涂层时,CrAl靶和Al靶同时开启,由于基体所在转架的自转从而实现在基体上CrAlN层和AlN层的交替沉积。

8.根据权利要求6所述的CrAlN/AlN纳米多层涂层的制备方法,其特征在于:所述CrAlN/AlN纳米多层涂层的调制周期和调制比由转架转速、CrAl靶材电流和Al靶功率共同控制;步骤(3)-(4)中CrAl靶材电流为70~200A。