CN102453856A - 被覆件及其制造方法 - Google Patents
被覆件及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102453856A CN102453856A CN2010105232153A CN201010523215A CN102453856A CN 102453856 A CN102453856 A CN 102453856A CN 2010105232153 A CN2010105232153 A CN 2010105232153A CN 201010523215 A CN201010523215 A CN 201010523215A CN 102453856 A CN102453856 A CN 102453856A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gradient
- matrix
- lubricant film
- lining part
- target
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
一种被覆件，包括基体及形成于该基体上的梯度润滑层，所述梯度润滑层为TiAlMoN层，所述梯度润滑层中N原子的百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加。所述被覆件的具有良好的硬度、耐磨性及润滑性。本发明还提供了上述被覆件的制造方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种被覆件及其制造方法。
背景技术
PVD镀膜工艺在工业领域有着广泛的应用，其中，TiN、TiAlN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、TiAlN涂层在硬度、耐磨性及润滑性等方面已经不能满足要求。
研究发现，在TiN中掺入Si可以进一步提高其硬度，但是韧性较低，在用于切削高硬度材料时，刀具的刃口易产生卷刃。
发明内容
鉴于此，提供一种具有良好的硬度、耐磨性及润滑性的被覆件。
另外，还提供一种上述被覆件的制造方法。
一种被覆件，包括基体及形成于该基体上的梯度润滑层，所述梯度润滑层为TiAlMoN层，所述梯度润滑层中N原子的百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加。
一种被覆件的制造方法，其包括如下步骤：
提供基体；
以氮气为反应气体，采用钛铝复合靶及钼靶为靶材，通过电弧离子镀膜法于该基体的表面形成梯度润滑层，所述梯度润滑层中N原子的百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加。
在所述梯度润滑层的形成过程中，Mo元素的加入可抑制TiN、AlN晶粒的长大，使得梯度润滑层中的TiN、AlN晶粒的粒径维持在纳米级，从而显著地提高了所述梯度润滑层的硬度、韧性及致密性。所述梯度润滑层的硬度及韧性的提高，可显著地提高所述被覆件的耐磨性。
此外，Mo元素的加入还可降低所述梯度润滑层的摩擦系数，使梯度润滑层具有较好的润滑性，从而减轻所述被覆件的表面摩擦。当被覆件为切削刀具时，可降低切削刀具与切屑之间的粘附性，起到减少切削热的作用，使其加工硬度较低的材料以及粘性较大的材料时更具优势。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式被覆件的剖视示意图。
主要元件符号说明
被覆件 10
基体 11
结合层 13
梯度润滑层 15
具体实施方式
请参阅图1，本发明一较佳实施例的被覆件10包括基体11及形成于该基体11表面的梯度润滑层15。该基体11的材质可以为高速钢、硬质合金及不锈钢等。该被覆件10可以为各类切削刀具、精密量具、模具、3C电子产品外壳及各种建筑装饰件等。
所述梯度润滑层15为TiAlMoN层。所述梯度润滑层15中N原子的百分含量由靠近基体11至远离基体11的方向呈梯度增加。所述梯度润滑层15的厚度为0.7～3.0μm，其可通过电弧离子镀膜法形成。
该被覆件10还包括形成于该基体11与梯度润滑层15之间的结合层13。该结合层13为TiAl层。所述结合层13的形成用以增强所述梯度润滑层15与基体11之间的结合力。所述结合层13的厚度为50～200nm。
所述被覆件10的制造方法主要包括如下步骤：
提供基体11，该基体11可以通过冲压成型得到，其具有待制得的被覆件10的结构。
将所述基体11放入盛装有乙醇及/或丙酮溶液的超声波清洗器中进行震动清洗，以除去基体11表面的杂质和油污。清洗完毕后烘干备用。
再对基体11的表面进行氩气等离子体清洗，进一步去除基体11表面的油污，以改善基体11表面与后续涂层的结合力。对基体11的表面进行氩气等离子体清洗的方法包括如下步骤：将基体11放入一电弧离子镀膜机(图未示)的镀膜室内的工件架上，对该镀膜室进行抽真空处理至真空度为3.0×10-3Pa，以300～500sccm(标准状态毫升/分钟)的流量向镀膜室内通入纯度为99.999％的氩气(工作气体)，于基体11上施加-300～-800V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3～10min。
采用电弧离子镀膜法的方式在基体11表面依次形成结合层13及梯度润滑层15。所述结合层13为TiAl层，所述梯度润滑层15为TiAlMoN层，该梯度润滑层15中N原子的百分含量由靠近基体11至远离基体11的方向呈梯度增加。形成该结合层13及梯度润滑层15的具体操作方法及工艺参数为：
在所述等离子体清洗完成后，调节氩气(工作气体)流量至200～300sccm，加热所述镀膜室至200～450℃；开启已置于所述电弧离子镀膜机中的钛铝(TiAl)复合靶的电源，并设定其功率为1～15kw，于基体11上施加-100～-400V的偏压，沉积结合层13。沉积该结合层13的时间为5～10min。其中，所述钛铝复合靶中钛的质量百分含量为50～75％。
形成所述结合层13后，向所述镀膜室中通入初始流量为20～30sccm的反应气体氮气，保持上述偏压、氩气流量及钛铝复合靶的电源功率不变，并开启已置于所述电弧离子镀膜机中的钼靶电源，设置其功率为0.5～5kw，沉积所述梯度润滑层15。在沉积该梯度润滑层15的过程中，每沉积5～15min分别增大氮气的流量20～30sccm，使N原子在梯度润滑层15中的百分含量由靠近基体11至远离基体11的方向呈梯度增加，最终使氮气的流量达到150～300sccm。沉积该梯度润滑层15的时间为60～120min。
所述的梯度润滑层15在其形成过程中，Mo不能与Al、Ti形成固溶相，而是在晶界上形成MoN相，因此Mo元素的加入可抑制TiN、AlN晶粒的长大，使得梯度润滑层15中的TiN、AlN晶粒的粒径维持在纳米级，从而显著地提高了所述梯度润滑层15的硬度、韧性及致密性。
所述梯度润滑层15的N原子的百分含量呈梯度变化，与结合层13的结合处N原子的百分含量较低，使其具有与结合层13、基体11较相近的热膨胀系数，因此界面处内应力小，使得梯度润滑层15与结合层13之间的结合力增强；所述梯度润滑层15表层的N原子的百分含量较高，因此梯度润滑层15表层的硬度较高。所述梯度润滑层15的硬度、韧性的提高及梯度润滑层15与结合层13之间结合力的增强，可显著地提高所述被覆件10的耐磨性。
Mo元素的加入可降低所述梯度润滑层15的摩擦系数，使梯度润滑层15具有较好的润滑性，从而可减轻所述被覆件10的表面摩擦。当被覆件10为切削刀具时，可降低切削刀具与切屑之间的粘附性，起到减少切削热的作用，使其加工硬度较低的材料以及粘性较大的材料时更具优势。
此外，在高温状态下，所述梯度润滑层15中的Al原子将扩散至该梯度润滑层15的表层，与氧气反应形成致密的含有Al2O3的保护膜，可阻止梯度润滑层15中的元素向外扩散及外界的氧气向梯度润滑层15内的扩散，如此可大大提高所述被覆件10的高温抗氧化能力。
Claims (10)
1.一种被覆件，包括基体，其特征在于：该被覆件还包括形成于该基体上的梯度润滑层，所述梯度润滑层为TiAlMoN层，所述梯度润滑层中N原子的百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加。
2.如权利要求1所述的被覆件，其特征在于：所述梯度润滑层的厚度为0.7～3.0μm。
3.如权利要求1或2所述的被覆件，其特征在于：所述梯度润滑层通过电弧离子镀膜法形成。
4.如权利要求1所述的被覆件，其特征在于：所述被覆件还包括形成于所述基体与所述梯度润滑层之间的结合层，该结合层为TiAl层，其通过电弧离子镀膜法制成。
5.如权利要求4所述的被覆件，其特征在于：所述结合层的厚度为50～200nm。
6.一种被覆件的制造方法，其包括如下步骤：
提供基体；
以氮气为反应气体，采用钛铝复合靶及钼靶为靶材，通过电弧离子镀膜法于该基体的表面形成梯度润滑层，所述梯度润滑层中N原子的百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加。
7.如权利要求6所述的被覆件的制造方法，其特征在于：电弧离子镀膜形成所述梯度润滑层的工艺参数为：以氩气为工作气体，其流量为200～300sccm，设置氮气的初始流量为20～30sccm，于基体上施加-100～-400V的偏压，设置钛铝复合靶材及钼靶的电源功率分别为1～15kw、0.5～5kw；每沉积5～15min分别增大氮气的流量20～30sccm，沉积时间为60～120min。
8.如权利要求6或7所述的被覆件的制造方法，其特征在于：所述钛铝复合靶中钛的质量百分含量为50～75％。
9.如权利要求6所述的被覆件的制造方法，其特征在于：所述被覆件的制造方法还包括在形成所述梯度润滑层之前，于所述基体的表面通过电弧离子镀膜法形成结合层的步骤。
10.如权利要求9所述的被覆件的制造方法，其特征在于：该结合层为TiAl层，沉积所述结合层的工艺参数为：以钛铝复合靶为靶材，设置其电源功率为1～15kw，于基体上施加-100～-400V的偏压，以氩气为工作气体，其流量为200～300sccm，电弧离子镀膜的温度为200～450℃，沉积时间为5～10min。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105232153A CN102453856A (zh) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | 被覆件及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN2010105232153A CN102453856A (zh) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | 被覆件及其制造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN102453856A true CN102453856A (zh) | 2012-05-16 |
Family
ID=46037537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2010105232153A Pending CN102453856A (zh) | 2010-10-28 | 2010-10-28 | 被覆件及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN102453856A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105779978A (zh) * | 2016-05-12 | 2016-07-20 | 江苏固格澜栅防护设施有限公司 | 金属防护栏及制备方法 |
| CN106191790A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-12-07 | 深圳职业技术学院 | 耐磨涂层的制备方法 |
| CN115595532A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-01-13 | 株洲华锐精密工具股份有限公司（Cn） | 一种多层结构硬质涂层及其制备方法与应用 |
-
2010
- 2010-10-28 CN CN2010105232153A patent/CN102453856A/zh active Pending
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Q. YANG,ET AL.: "Wear resistant TiMoN coatings deposited by magnetron sputtering", 《WEAR》 * |
| SHENG-SHENG ZHAO,ET AL.: "Deposition of thick TiAlN coatings on 2024 Al/SiCp substrate by Arc ion plating", 《SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY》 * |
| 宋贵宏 等: "TiAl过渡层对电弧离子镀沉积TiAlN膜层的影响", 《人工晶体学报》 * |
| 李凡巧 等: "TC4钛合金表面两种电弧靶制备TiAlN膜层的摩擦学性能的研究", 《机械科学与技术》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105779978A (zh) * | 2016-05-12 | 2016-07-20 | 江苏固格澜栅防护设施有限公司 | 金属防护栏及制备方法 |
| CN106191790A (zh) * | 2016-07-05 | 2016-12-07 | 深圳职业技术学院 | 耐磨涂层的制备方法 |
| CN115595532A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-01-13 | 株洲华锐精密工具股份有限公司（Cn） | 一种多层结构硬质涂层及其制备方法与应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103898445B (zh) | 一种多层AlCrN切削刀具涂层及其制备方法 | |
| CN103160783B (zh) | 一种TiCuN纳米复合涂层及其制备方法 | |
| CN102383092A (zh) | 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 | |
| CN102294854B (zh) | 硬质涂层及其制备方法及具有该涂层的被覆件 | |
| CN107523790A (zh) | 一种AlCrSiCuN纳米多层涂层及其制备方法 | |
| Cao et al. | Microstructure, mechanical and tribological properties of multilayer TiAl/TiAlN coatings on Al alloys by FCVA technology | |
| CN107190233A (zh) | 一种具有超高硬度的Si掺杂纳米复合涂层的制备工艺 | |
| CN103009697B (zh) | 一种自润滑梯度复合超硬膜及其制备方法 | |
| CN102383093A (zh) | 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 | |
| CN102345091A (zh) | 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 | |
| CN102453856A (zh) | 被覆件及其制造方法 | |
| CN102452193A (zh) | 具有硬质涂层的被覆件及其制备方法 | |
| Huang et al. | Effects of C content on the microstructure, mechanical and tribological properties of TiAlSiCN coatings | |
| CN102560339B (zh) | 镀膜件及其制备方法 | |
| CN102465258A (zh) | 镀膜件及其制备方法 | |
| CN102485941A (zh) | 被覆件及其制造方法 | |
| CN102443773A (zh) | 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制造方法 | |
| CN102345094A (zh) | 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 | |
| CN102296271B (zh) | 硬质涂层及其制备方法及具有该涂层的被覆件 | |
| CN102345092A (zh) | 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 | |
| CN102409302A (zh) | 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 | |
| CN106756821A (zh) | 一种Ti‑Ag‑N纳米复合涂层及其制备方法 | |
| CN103741100B (zh) | 一种含高硅pvd硬质涂层工艺 | |
| CN102345095A (zh) | 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 | |
| CN203144507U (zh) | 一种TiCuN纳米复合涂层 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20120516 |