CN102409302A - 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种涂层，该涂层包括ZrYN沉积层，该沉积层以磁控溅射镀膜法形成。该涂层具有较高的硬度、良好的韧性及耐磨性。本发明还提供种具有上述涂层的被覆件。该被覆件包括基体、依次形成于该基体表面的ZrY结合层及所述涂层。另外，本发明还提供了上述被覆件的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法，特别涉及一种以真空镀膜的方式形成的涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法。
背景技术
真空镀膜工艺在工业领域有着广泛的应用，其中，TiN薄膜镀覆在刀具或模具表面能大幅提高刀具和模具的使用寿命。然而，随着金属切削加工朝高切削速度、高进给速度、高加工温度、高可靠性、长寿命、高精度和良好的切削控制性方面发展，对表面涂层的性能提出了更高的要求。传统的TiN涂层在硬度、韧性及耐磨性等方面已经不能满足要求。
ZrN薄膜由于其硬度与韧性均优于TiN薄膜而受到人们的广泛关注。但单一的ZrN薄膜在硬度、韧性及耐磨性等方面几乎已经没有提高的空间，很难满足现代工业的需求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有高硬度、良好的韧性及耐磨性的涂层。
另外，有必要提供一种具有上述涂层的被覆件。
还有必要提供一种上述被覆件的制备方法。
一种涂层，包括沉积层，该沉积层为ZrYN层，该沉积层以磁控溅射镀膜法形成。
一种被覆件，包括基体、依次形成于该基体表面的结合层及涂层，该结合层为ZrY层，该涂层包括沉积层，该沉积层为ZrYN层。
一种被覆件的制备方法，包括以下步骤：
提供基体；
以锆钇复合靶为靶材，于该基体上磁控溅射镀膜结合层，该结合层为ZrY层；
以氮气为反应气体，以锆钇复合靶为靶材，于该结合层上磁控溅射沉积层，该沉积层为ZrYN层。
相较于现有技术，所述的涂层在其沉积层的形成过程中引入Y原子，该Y原子能够起到细化晶粒的作用，可有效地提高该涂层的硬度、韧性及致密性。所述的被覆件在基体与沉积层之间设置一ZrY结合层，由于该结合层的化学稳定性与热膨胀系数介于基体与沉积层之间，因而可有效提高涂层与基体之间的结合力。所述涂层的硬度、韧性的提高及涂层与基体之间结合力的增强，可显著地提高所述被覆件的耐磨性及使用寿命。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的涂层的剖视图；
图2为本发明较佳实施例的被覆件的剖视图。
主要元件符号说明
基体 10
结合层 20
涂层 30
沉积层 31
颜色层 33
被覆件 40
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施例的涂层30形成于一基体的表面。该涂层30包括一沉积层31，该沉积层31为一锆钇氮(ZrYN)层，其厚度为0.5～3.0μm，优选为2.0μm。该涂层30的显微硬度可达47GPa。该涂层30通过磁控溅射法沉积形成。
可以理解的，所述涂层30还可包括镀覆于沉积层31表面的一颜色层33，以增强该涂层30的美观性。
请参阅图2，本发明一较佳实施例的被覆件40包括一基体10、依次形成于该基体10表面的一结合层20及一涂层30。该被覆件40可以为各类切削刀具、精密量具或模具。该基体10的材质可以为高速钢、硬质合金及不锈钢等。
该结合层20用以提高涂层30与基体10之间的结合力。本实施例中，该结合层20为一ZrY层，其厚度为50～200nm，优选为100nm。该结合层20通过磁控溅射法沉积形成。
所述被覆件40的制造方法主要包括如下步骤：
提供一基体10，依次用去离子水和无水乙醇对该基体10表面进行擦拭，将擦拭后的基体10放入盛装有丙酮溶液的超声波清洗器中进行震动清洗，以除去基体10表面的杂质和油污等。清洗完毕后吹干备用。
对经上述处理后的基体10的表面进行氩气等离子体清洗，以进一步去除基体10表面的杂质，同时增加基体10表面的粗糙度，以改善基体10表面与后续涂层的结合力。具体操作及工艺参数可为：将基体10放入一磁控溅射镀膜机(图未示)的镀膜室内，抽真空该镀膜室至真空度为1.0×10-3Pa，以250～500sccm的流量向镀膜室中通入纯度为99.999％的氩气，并于基体10上施加-300～-500V的偏压，在所述镀膜室中形成高频电压，使所述氩气发生离子化而产生氩气等离子体对基体11的表面进行物理轰击，而达到对基体11表面清洗的目的。所述氩气等离子体清洗的时间为3～5min。
完成上述等离子体清洗后，采用磁控溅射的方式在该基体10上形成一结合层20。该结合层20为一ZrY层。形成该结合层20的具体操作方法及工艺参数为：调节镀膜室的氩气(工作气体)流量至100～200sccm，加热镀膜室至100～200℃(即溅射温度为100～200℃)，开启一安装于所述磁控溅射镀膜机的镀膜室内的锆钇(ZrY)复合靶材的电源，并设置其功率为5～11kw，于基体10上施加-100～-300V的偏压，沉积结合层20。沉积该结合层20的时间为20～60min。其中，所述锆钇复合靶材中锆(Zr)的质量百分含量为70～90％。
形成所述结合层20后，于该结合层20上形成一沉积层31。该沉积层31为一ZrYN层。形成该沉积层31的具体操作方法及工艺参数为：向镀膜室中通入流量为10～100sccm的氮气(反应气体)，于基体10上施加-150～-250V的偏压，沉积沉积层31。沉积该沉积层31的时间为60～180min。其中，所述氮气的纯度为99.999％。
关闭偏压及锆钇复合靶的电源，停止通入氩气及氮气，待所述涂层30冷却后，向镀膜室内通入空气，打开镀膜室门，取出镀覆有结合层20及沉积层31的基体10。
可以理解的，制备所述被覆件40的方法还可包括在该沉积层31的表面镀覆一颜色层33，以增强被覆件40的美观性。
所述的沉积层31在其形成过程中，Y不能与Zr、N形成固溶相，而是以独立形式偏聚在晶界上形成Y相，如此可抑制ZrN晶粒的长大，使得沉积层31中的ZrN晶粒的粒径维持在纳米级，如此可显著地提高所述涂层30的硬度、韧性及致密性。
所述的被覆件40在基体10与沉积层31之间设置一ZrY结合层20，由于该结合层20的化学稳定性与热膨胀系数介于基体10与沉积层31之间，因而可有效提高涂层30与基体10之间的结合力。所述涂层30的硬度、韧性的提高及涂层30与基体10之间结合力的增强，可显著地提高所述被覆件40的耐磨性及使用寿命。
此外，在高温状态下，所述涂层30中的Y将偏析到晶粒边界及相边界，可阻止涂层30中的Zr元素及N元素向外扩散及外界的氧气向涂层30内的扩散，因而还使得所述涂层30具有优良的高温抗氧化能力。
Claims (10)
1.一种涂层，包括沉积层，其特征在于：该沉积层为ZrYN层，该沉积层以磁控溅射镀膜法形成。
2.如权利要求1所述的涂层，其特征在于：该沉积层的厚度为0.5～3.0μm。
3.如权利要求1所述的涂层，其特征在于：该涂层还包括形成于该沉积层上的颜色层。
4.一种被覆件，包括基体、依次形成于该基体表面的结合层及涂层，该涂层包括沉积层，其特征在于：该结合层为ZrY层，该沉积层为ZrYN层。
5.如权利要求4所述的被覆件，其特征在于：该结合层的厚度为50～200nm。
6.如权利要求5所述的被覆件，其特征在于：该基体为高速钢、硬质合金及不锈钢中的一种。
7.一种被覆件的制备方法，包括以下步骤：
提供基体；
以锆钇复合靶为靶材，于该基体上磁控溅射镀膜结合层，该结合层为ZrY层；
以氮气为反应气体，以锆钇复合靶为靶材，于该结合层上磁控溅射沉积层，该沉积层为ZrYN层。
8.如权利要求7所述的被覆件的制备方法，其特征在于：磁控溅射所述结合层的工艺参数为：锆钇复合靶的电源功率为5～11kw，以氩气为工作气体，其流量为100～300sccm，于基体上施加-100～-300V的偏压，溅射时间为20～60min。
9.如权利要求7或8所述的被覆件的制备方法，其特征在于：该锆钇复合靶中锆的质量百分含量为70～90％。
10.如权利要求7所述的被覆件的制备方法，其特征在于：磁控溅射所述沉积层的工艺参数为：氮气的流量为10～100sccm，施加于基体上的偏压为-150～-250V，溅射时间为60～180min。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120411 |