CN102443772A

CN102443772A - 镀膜件及其制备方法

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Publication number: CN102443772A
Application number: CN2010102982054A
Authority: CN
Inventors: 张新倍; 陈文荣; 蒋焕梧; 陈正士; 黄嘉�
Original assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Current assignee: Hongfujin Precision Industry Shenzhen Co Ltd; Hon Hai Precision Industry Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2012-05-09

Abstract

本发明提供一种镀膜件，包括基材、形成于基材表面的打底层、形成于打底层表面的过渡层及形成于过渡层表面的硬质层，该打底层为Al、Ti、Cr或Zr层；该过渡层为A_tX_yMe_z(C_vN_1-v)层，其中A为打底层中的金属Al、Ti、Cr或Zr，X为W或Mo，Me为Rh或Pd；该硬质层为X_nMe_g(C_kN_1-k)层，其中X为过渡层中的金属W或Mo，Me为过渡层中的金属Rh或Pd。本发明镀膜件所镀膜系逐层过渡较好，膜层内部没有明显的应力产生，此外过渡层和硬质层中引入了Rh或Pd，在高温状态可对膜层的硬度起强化作用，相应地提高了镀膜件的使用寿命和使用温度范围。另外，本发明还提供该种镀膜件的制备方法。

Description

镀膜件及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种镀膜件及其制备方法。

背景技术

过渡金属氮化物、碳化物和碳氮化物具有高硬度、高抗磨损性能和良好的化学稳定性等优异性能。因此，通常将过渡金属氮化物、碳化物和碳氮化物以薄膜的形式镀覆在刀具或模具表面形成硬质涂层，以此来提高刀具和模具的使用寿命。但是该类金属氮化物薄膜在温度大于700℃时，硬度往往会降低，而对于切削刀具，往往要求硬质涂层在高的温度下也能保持其硬度和耐磨性。

中国专利申请200880022837.9揭示，在金属氮化物膜系中引入贵金属Ru，Ru能溶解于金属氮化物晶格中并有效提高硬质涂层的失效温度。

但是在镀膜件的制备过程中，由于膜层与基体间的热膨胀系数相差较大，且不同膜层的成份和晶体结构有明显的变化，膜层间存在不可避免的热应力及晶格匹配所带来的内应力，这些应力在镀膜件制备完成后往往不能消除，使得膜层与基体间的结合力较差，薄膜在使用过程中容易发生剥离，从而影响了此类镀膜件的使用寿命及其应用范围。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种有效解决上述问题的镀膜件。

另外，还有必要提供一种制备上述镀膜件的方法。

一种镀膜件，包括基材、形成于基材表面的打底层、形成于打底层表面的过渡层及形成于过渡层表面的硬质层，该打底层为Al、Ti、Cr或Zr层；该过渡层为A_tX_yMe_z(C_vN_1-v)层，其中0.4≤t≤0.8，0.35≤y≤0.65，0.05≤z≤0.08，0.75≤(t+y+z)≤1.05，0.75≤v≤1.0，其中A为打底层中的金属Al、Ti、Cr或Zr，X为W或Mo，Me为Rh或Pd；该硬质层为X_nMe_g(C_kN_1-k)层，其中0.35≤n≤0.65，0.05≤g≤0.08，0.40≤(n+g)≤0.71，0.70≤k≤1.0，其中X为过渡层中的金属W或Mo，Me为过渡层中的金属Rh或Pd。

一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：

提供一基材；

在该基材表面形成打底层，该打底层为Al、Ti、Cr或Zr层；

在打底层的表面形成过渡层，该过渡层为A_tX_yMe_z(C_vN_1-v)层，其中0.4≤t≤0.8，0.35≤y≤0.65，0.05≤z≤0.08，0.75≤(t+y+z)≤1.05，0.75≤v≤1.0，其中A为打底层中的金属Al、Ti、Cr或Zr，X为W或Mo，Me为Rh或Pd；

在过渡层的表面形成硬质层，该硬质层为X_nMe_g(C_kN_1-k)层，其中0.35≤n≤0.65，0.05≤g≤0.08，0.40≤(n+g)≤0.71，0.70≤k≤1.0，其中X为过渡层中的金属W或Mo，Me为过渡层中的金属Rh或Pd。

相较于现有技术，所述的镀膜件在基材的表面沉积金属作为打底层，再在打底层的表面沉积过渡层，再在过渡层的表面沉积硬质层，膜系逐层过渡较好，膜层内部没有明显的应力产生，这样在施加外力的情况下，所镀的膜层不会因为内部的应力缺陷而导致其失效；且在过渡层和硬质层中引入了Rh或Pd，Rh、Pd可溶于过渡层和硬质层中的金属碳氮化物晶格中，在高温状态下金属碳氮化物发生晶型转变，晶格发生畸变而产生畸变应力从而对过渡层和硬质层的硬度起到强化作用，从而可有效提高了过渡层和硬质层的热硬度及高温下的耐磨性，相应地提高了所述镀膜件的使用寿命和使用温度范围。

附图说明

图1为本发明一较佳实施例镀膜件的剖视图。

主要元件符号说明

镀膜件 10

基材 11

打底层 13

过渡层 15

硬质层 17

具体实施方式

请参阅图1，本发明一较佳实施方式的镀膜件10包括基材11、形成于基材11表面的打底层13、形成于打底层13表面的过渡层15及形成于过渡层15表面的硬质层17。

该基材11可为铝合金、镁合金、钛合金或不锈钢。

该打底层13可以磁控溅射的方式形成。该打底层13可为Al(铝)、Ti(钛)、Cr(铬)或Zr(锆)层。该打底层13的厚度可为100～200nm。

该过渡层15可以磁控溅射的方式形成。该过渡层15为A_tX_yMe_z(C_vN_1-v)层，其中

0.4≤t≤0.8，

0.35≤y≤0.65，

0.05≤z≤0.08，

0.75≤(t+y+z)≤1.05，

0.75≤v≤1.0，

其中A可为所述打底层13中的金属Al、Ti、Cr或Zr，X可为W(钨)或Mo(钼)，Me可为Rh(铑)或Pd(钯)。该过渡层15的厚度可为100～300nm。

该硬质层17可以磁控溅射的方式形成。该硬质层17为X_nMe_g(C_kN_1-k)层，其中

0.35≤n≤0.65，

0.05≤g≤0.08，

0.40≤(n+g)≤0.71，

0.70≤k≤1.0，

其中X可为所述过渡层15中的金属W或Mo，Me可为所述过渡层15中的金属Rh或Pd。该硬质层17的厚度可为300～600nm。

本发明一较佳实施方式的镀膜件10的制备方法，其包括以下步骤：

(a)提供一基材11，该基材11可为铝合金、镁合金、钛合金或不锈钢。

(b)将基材11放入无水乙醇中进行超声波清洗，以去除基材11表面的污渍，清洗时间可为5～10min。

(c)对经上述处理后的基材11的表面进行氩气等离子体清洗，以进一步去除基材11表面的油污，以及改善基材11表面与后续涂层的结合力。该等离子体清洗的具体操作及工艺参数可为：将基材11放入一磁控溅射镀膜机(图未示)的镀膜室内，将该镀膜室抽真空至3.0×10^-5Torr，然后向镀膜室内通入流量为50～400sccm(标准状态毫升/分钟)的氩气(纯度为99.999％)，并施加-300～-600V的偏压于基材11，对基材11表面进行氩气等离子体清洗，清洗时间为5～10min。

(d)采用磁控溅射法在经氩气等离子体清洗后的基材11上溅镀一打底层13，该打底层13可为Al、Ti、Cr或Zr层。溅镀该打底层13在所述磁控溅射镀膜机中进行。使用铝靶、钛靶、铬靶或锆靶中的一种为靶材，以氩气为工作气体，氩气流量可为100～300sccm。溅镀时对基材施加-100～-200V的偏压，并加热所述镀膜室使基材11的温度为200～500℃，镀膜时间可为10～30min。该打底层13的厚度可为100～200nm。

(e)继续采用磁控溅射法在所述打底层13的表面溅镀一过渡层15。该过渡层15为A_tX_yMe_z(C_vN_1-v)层，其中0.4≤t≤0.8，0.35≤y≤0.65，0.05≤z≤0.08，0.75≤(t+y+z)≤1.05，0.75≤v≤1.0，其中A可为所述打底层13中的金属Al、Ti、Cr或Zr，X可为W或Mo，Me可为Rh或Pd。溅镀该过渡层15使用钨靶与钼靶中的一种、铑靶与钯靶中的一种以及步骤(d)中使用的金属靶，以氨气和乙炔为反应气体，氨气流量可为50～200sccm，乙炔流量可为30～200sccm，以氩气为工作气体，氩气流量可为100～300sccm，镀膜时间可为30～60min。该过渡层15的厚度可为100～300nm。

(f)继续采用磁控溅射法在所述过渡层15的表面溅镀一硬质层17。该硬质层17为X_nMe_g(C_kN_1-k)层，其中0.35≤n≤0.65，0.05≤g≤0.08，0.40≤(n+g)≤0.71，0.70≤k≤1.0，其中X可为所述过渡层15中的金属W或Mo，Me可为所述过渡层15中的金属Rh或Pd。溅镀该硬质层17使用步骤(e)中使用的钨靶与钼靶中的一种、铑靶与钯靶中的一种，以氨气和乙炔为反应气体，氨气流量可为50～200sccm，乙炔流量可为30～200sccm，以氩气为工作气体，氩气流量可为100～300sccm，镀膜时间可为30～60min。该硬质层17的厚度可为500～700nm。

本发明较佳实施方式镀膜件10在基材11的表面沉积金属作为打底层13，再在打底层13的表面沉积过渡层15，再在过渡层15的表面沉积硬质层17，膜系逐层过渡较好，膜层内部没有明显的应力产生，这样在施加外力的情况下，所镀的膜层不会因为内部的应力缺陷而导致其失效；且在过渡层15和硬质层17中引入了Rh或Pd，Rh、Pd可溶于过渡层15和硬质层17中的金属碳氮化物晶格中，在高温状态下金属碳氮化物发生晶型转变，晶格发生畸变而产生畸变应力从而对过渡层15和硬质层17的硬度起到强化作用，从而有效提高了过渡层15和硬质层17的热硬度及高温下的耐磨性，相应地提高了所述镀膜件10的使用寿命和使用温度范围。

Claims

1.一种镀膜件，包括基材，其特征在于：该镀膜件还包括形成于基材表面的打底层、形成于打底层表面的过渡层及形成于过渡层表面的硬质层，该打底层为Al、Ti、Cr或Zr层；该过渡层为A_tX_yMe_z(C_vN_1-v)层，其中0.4≤t≤0.8，0.35≤y≤0.65，0.05≤z≤0.08，0.75≤(t+y+z)≤1.05，0.75≤v≤1.0，其中A为打底层中的金属Al、Ti、Cr或Zr，X为W或Mo，Me为Rh或Pd；该硬质层为X_nMe_g(C_kN_1-k)层，其中0.35≤n≤0.65，0.05≤g≤0.08，0.40≤(n+g)≤0.71，0.70≤k≤1.0，其中X为过渡层中的金属W或Mo，Me为过渡层中的金属Rh或Pd。

2.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：所述基材为铝合金、镁合金、钛合金或不锈钢。

3.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：该打底层以磁控溅射的方式形成，该打底层的厚度为100～200nm。

4.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：该过渡层以磁控溅射的方式形成，该过渡层的厚度为100～300nm。

5.如权利要求1所述的镀膜件，其特征在于：该硬质层以磁控溅射的方式形成，该硬质层的厚度为300～600nm。

6.一种镀膜件的制备方法，其包括如下步骤：

提供一基材；

在该基材表面形成打底层，该打底层为Al、Ti、Cr或Zr层；

7.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成打底层的步骤采用如下方式实现：采用磁控溅射法，使用铝靶、钛靶、铬靶、锆靶中的一种为靶材，以氩气为工作气体，氩气流量为100～300sccm，基材偏压为-100～-200V，加热使基材的温度为200～500℃，镀膜时间为10～30min。

8.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成过渡层的步骤采用如下方式实现：采用磁控溅射法，使用铝靶、钛靶、铬靶、锆靶中的一种、钨靶与钼靶中的一种以及铑靶与钯靶中的一种为靶材，以氨气和乙炔为反应气体，氨气流量为50～200sccm，乙炔流量为30～200sccm，以氩气为工作气体，氩气流量为100～300sccm，基材偏压为-100～-200V，加热使基材的温度为200～500℃，镀膜时间为30～40min。

9.如权利要求6所述的镀膜件的制备方法，其特征在于：所述形成硬质层的步骤采用如下方式实现：采用磁控溅射法，使用钨靶与钼靶中的一种及铑靶与钯靶中的一种为靶材，以氨气和乙炔为反应气体，氨气流量为50～200sccm，乙炔流量为30～200sccm，以氩气为工作气体，氩气流量为100～300sccm，基材偏压为-100～-200V，加热使基材的温度为200～500℃，镀膜时间为30～60min。