CN108950548B - 铬-氮化铬复合涂层及其在纳米复合刀具的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铬‑氮化铬复合涂层、沉积有铬‑氮化铬复合涂层的纳米复合刀具及其制备方法，其中铬‑氮化铬复合涂层是由铬层和氮化铬层相互交替构成的多层涂层结构，该结构可应用于金属零件、刀具、模具等产品上，不仅可提高产品表面的硬度及耐腐蚀性能，还能使产品表面具有较好的抗冲击性能和耐磨性能。

Description

铬-氮化铬复合涂层及其在纳米复合刀具的应用
技术领域
本发明涉及真空镀膜材料技术领域，具体涉及一种铬-氮化铬复合涂层及其在纳米复合刀具的应用。
背景技术
在模具或工具表面沉积一层硬质涂层，可提高材料的表面性能，是延长其使用寿命的一种有效途径。铬涂层和氮化铬涂层都可以采用PVD法和PECVD法在金属表面沉积为薄膜，铬具有高结合力、高硬度且与多种材料都具有很好的相融性等优点，而氮化铬具有极高硬度、低磨损率、极耐磨特性以及更高的化学稳定性，因此铬层和氮化铬层已被应用于各种模具及工具的表面涂层，可大大提升其工艺性能。
随着表面复合涂层技术的发展，其应用领域更加广泛，各领域对表面涂层的工艺性能提出了更高的要求，为了适应更为复杂的表面涂层，提高表面涂层与基底结合力、耐磨性能、抗冲击性能以及耐腐蚀性能的要求，将铬层与氮化铬层充分复合，发挥铬层作为结合力的中间层优势以及氮化铬层极佳性能优势，以适应现代工业技术的要求。
现有技术中的铬-氮化铬复合层的制作工艺精度不高，交替复合层的厚度过高，不仅未能达到产品要求的工艺性能，还影响了产品的外观质量。
发明内容
本发明的目的在于满足表面涂层更高的工艺性能要求，提供一种铬-氮化铬复合涂层，并将该复合涂层应用于纳米复合刀具上，可满足现代化刀具高硬度、高结合性、高化学稳定性、低磨损率以及良好的抗腐蚀性能要求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种铬-氮化铬复合涂层，包括由铬层和氮化铬层相互交替构成的多层涂层，所述多层涂层中铬层与氮化铬层厚度相等且厚度范围为0.1～0.6μm。
本发明还提供了另一种铬-氮化铬复合涂层，包括由铬层和氮化铬层相互交替构成的多层涂层，所述多层涂层中最底层沿最顶层的厚度逐层降低，且最底层厚度为1～2μm，最顶层厚度为0.1～0.3μm。
进一步地，上述多层涂层中最底层为铬层或氮化铬层，最顶层为氮化铬层。
进一步地，所述氮化铬层中包括34～48％的Cr和42～62％的N。
本发明还提供了一种沉积有所述铬-氮化铬复合涂层的纳米复合刀具。
本发明还提供了一种所述纳米复合刀具的制备方法，先将表面洁净的刀具基体置于氩气环境、真空度为0.01～1Pa、-300V～-1000V偏压条件下的真空镀膜设备内进行辉光清洗5～35min；在辉光清洗完毕后，调整偏压至-50V～-300V，开启Cr靶，调整靶材电流为100～350A，以Cr离子高能轰击刀具基体1～10min，活化刀具基体表面；
刀具基体表面活化完毕后，采用PVD法在刀具基体表面沉积铬层，将刀具基体置于氩气环境、真空度为0.35～0.45Pa、脉冲偏压为80～150V、占空比为40％～60％的条件下，开启Cr靶，调整靶材电流为25～30A，在刀具基体表面沉积纯铬层，沉积厚度根据相应沉积时间调整；
在刀具基体表面沉积铬层后，采用PECVD法在铬层表面沉积氮化铬层，将镀有铬层的刀具基体置于氮气环境、真空度为0.4～0.45Pa、脉冲偏压为80～150V、占空比为50％的条件下，其中，氮气通过阳极离子源注入，阳极离子源加电压450～800V，再开启Cr靶，调整靶材电流为25～30A，对镀有铬层的刀具基体表面进行离子轰击，氮化铬层沉积完毕后，重复交替沉积铬层和氮化铬层，控制相应的沉积时间，得到具有多层涂层的纳米复合刀具。在PECVD过程中使用阳极层离子源将注入的氮气离子化，能够提高沉积炉体内整体离子化率，增加氮原子在层间的扩散，实现增强交替复合涂层铬层与氮化铬层间的结合力。
进一步地，在采用PVD法在刀具基体表面沉积铬层时，通入氩气流量的范围控制在200sccm～250sccm，在采用PECVD法在铬层表面沉积氮化铬层时，阳极离子源中通入氮气流量的范围控制在300sccm～350sccm。
进一步地，采用PECVD法在铬层表面沉积氮化铬层时，改变阳极层离子源中离子射流在空间角度上的投射方向，以提高离子束流在主要沉积方向上的分布均匀度。
进一步地，将阳极层离子源中阳极环的上端面加工为外凸的锥面，使内阴极与外阴极的磁极靴之间形成阴极缝隙，阴极缝隙每处的出射方向与该处下方的阳极环锥面垂直。
进一步地，使阳极环锥面上每处的法线均与竖直轴线形成夹角α，控制夹角α的范围为10～60°。
本发明中的铬-氮化铬复合涂层具有高硬度、高韧性、良好的耐腐蚀性以及耐氧化性；将该复合涂层应用于纳米复合刀具上，有助于提高刀具在切削高温下的耐热冲击性能，并且该交替复合结构的多层涂层具备较好的耐冲击性能，可大幅度提高后刀面的耐磨损性能。将该复合涂层应用于塑料或橡胶磨具时，可大幅度提高在注射工艺时各种高硬度填料的抗磨损性能，并且Cr的自氧化性能以及Cr的氧化物化学机械特性稳定，特别有利于提高模具对抗塑料和橡胶在加工过程中析出的各类腐蚀物质，从而能大幅度提高模具的使用寿命。
附图说明
图1为本发明中铬-氮化铬复合涂层一种实施例的结构示意图；
图2为本发明中铬-氮化铬复合涂层另一种实施例的结构示意图；
图3为本发明中采用PECVD法时使用的阳极层离子源的结构示意图。
图中标记：1-刀具基体表面；2-铬层；3-氮化铬层；4-内阴极；5-外阴极；6-阳极环；7-柱状磁体；8-锥面；9-阴极缝隙；10-出射方向；11-中心轴线。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供的沉积有铬-氮化铬复合涂层的纳米复合刀具的制备方法包括如下步骤：首先表面洁净的刀具基体置于氩气环境、真空度为0.01Pa、-300V偏压条件下的真空镀膜设备内进行辉光清洗35min；在辉光清洗完毕后，调整偏压至-50V，开启Cr靶，调整靶材电流为100A，以Cr离子高能轰击刀具基体10min，活化刀具基体表面1；
然后刀具基体表面1活化完毕后，采用PVD法在刀具基体表面1沉积铬层2，将刀具基体置于氩气环境、真空度为0.35Pa、脉冲偏压为80V、占空比为40％的条件下，其中通入氩气流量为200sccm，开启Cr靶，调整靶材电流为25A，在刀具基体表面1沉积纯铬层2，控制相应沉积时间，在刀具基体表面1上获得厚度为0.6μm的铬层2；
在刀具基体表面1沉积铬层2后，采用PECVD法在铬层2表面沉积氮化铬层3，将镀有铬层2的刀具基体置于氮气环境、真空度为0.4Pa、脉冲偏压为80V、占空比为50％的条件下，其中，氮气通过阳极离子源注入，通入氮气流量为300sccm，阳极离子源加电压450V，开启Cr靶，调整靶材电流为25A，对镀有铬层2的刀具基体表面1进行离子轰击，控制相应轰击时间，在铬层2上沉积厚度为0.6μm氮化铬层3，该氮化铬层3中包括34％的Cr和62％的N，氮化铬层3沉积完毕后，继续重复采用PVD法在氮化铬层3上沉积0.6μm的铬层2，沉积一层厚度相等的铬层2与氮化铬层3记为一次循环，在刀具基体表面1上循环沉积3次，且最顶层为氮化铬层3，即得到具有多层涂层且每层等厚度的纳米复合刀具。
其中刀具基体表面1上沉积的由铬层2和氮化铬层3相互交替构成的多层涂层可以单独使用，也可以与其它涂层组合使用来满足更复杂的运用场景。本实施例中的由铬层2和氮化铬层3相互交替构成的多层涂层不仅可应用于刀具上，还可以应用于其他金属零件或模具上。
实施例2
本实施例提供的沉积有铬-氮化铬复合涂层的纳米复合刀具的制备方法包括如下步骤：首先表面洁净的刀具基体置于氩气环境、真空度为1Pa、-1000V偏压条件下的真空镀膜设备内进行辉光清洗5min；在辉光清洗完毕后，调整偏压至-300V，开启Cr靶，调整靶材电流为350A，以Cr离子高能轰击刀具基体1min，活化刀具基体表面；
然后刀具基体表面1活化完毕后，采用PVD法在刀具基体表面1沉积铬层2，将刀具基体置于氩气环境、真空度为0.45Pa、脉冲偏压为150V、占空比为60％的条件下，其中通入氩气流量为250sccm，开启Cr靶，调整靶材电流为30A，在刀具基体表面1沉积纯铬层2，控制相应沉积时间，在刀具基体表面1上获得厚度为0.1μm的铬层2；
在刀具基体表面1沉积铬层2后，采用PECVD法在铬层2表面沉积氮化铬层3，将镀有铬层2的刀具基体置于氮气环境、真空度为0.45Pa、脉冲偏压为150V、占空比为50％的条件下，其中，氮气通过阳极离子源注入，通入氮气流量为350sccm，阳极离子源加电压800V，开启Cr靶，调整靶材电流为30A，对镀有铬层2的刀具基体表面1进行离子轰击，控制相应轰击时间，在铬层2上沉积厚度为0.1μm氮化铬层3，该氮化铬层3中包括48％的Cr和42％的N，氮化铬层3沉积完毕后，继续重复采用PVD法在氮化铬层3上沉积0.1μm的铬层2，沉积一层厚度相等的铬层2与氮化铬层3记为一次循环，在刀具基体表面1上循环沉积6次，且最顶层为氮化铬层3，即得到如图1所示具有多层涂层且每层等厚度的纳米复合刀具。
实施例3
本实施例提供的沉积有铬-氮化铬复合涂层的纳米复合刀具的制备方法包括如下步骤：首先表面洁净的刀具基体置于氩气环境、真空度为0.2Pa、-600V偏压条件下的真空镀膜设备内进行辉光清洗10min；在辉光清洗完毕后，调整偏压至-100V，开启Cr靶，调整靶材电流为200A，以Cr离子高能轰击刀具基体3min，活化刀具基体表面；
然后刀具基体表面1活化完毕后，采用PVD法在刀具基体表面1沉积铬层2，将刀具基体置于氩气环境、真空度为0.4Pa、脉冲偏压为100V、占空比为50％的条件下，其中通入氩气流量为220sccm，开启Cr靶，调整靶材电流为27A，在刀具基体表面1沉积纯铬层2，控制相应沉积时间，在刀具基体表面1上获得厚度为1μm的铬层2；
在刀具基体表面1沉积铬层2后，采用PECVD法在铬层2表面沉积氮化铬层3，将镀有铬层2的刀具基体置于氮气环境、真空度为0.42Pa、脉冲偏压为100V、占空比为50％的条件下，其中，氮气通过阳极离子源注入，通入氮气流量为320sccm，阳极离子源加电压600V，开启Cr靶，调整靶材电流为27A，对镀有铬层2的刀具基体表面1进行离子轰击，控制相应轰击时间，在铬层2上沉积厚度为1μm氮化铬层3，该氮化铬层3中包括40％的Cr和51％的N，氮化铬层3沉积完毕后，继续重复采用PVD法在氮化铬层3上沉积厚度均匀渐薄的铬层2，沉积一层厚度相等的铬层2与氮化铬层3记为一次循环，在后续的循环中每次循环按梯度为0.2μm厚度逐层降低，在刀具基体表面1上循环沉积4次，且最顶层为氮化铬层3，该氮化铬层3的厚度为0.2μm，即得到具有多层涂层且厚度逐层降低的纳米复合刀具。
实施例4
本实施例提供的沉积有铬-氮化铬复合涂层的纳米复合刀具的制备方法包括如下步骤：首先表面洁净的刀具基体置于氩气环境、真空度为0.8Pa、-800VV偏压条件下的真空镀膜设备内进行辉光清洗20min；在辉光清洗完毕后，调整偏压至-200V，开启Cr靶，调整靶材电流为280A，以Cr离子高能轰击刀具基体6min，活化刀具基体表面；
然后刀具基体表面1活化完毕后，采用PVD法在刀具基体表面1沉积铬层2，将刀具基体置于氩气环境、真空度为0.42Pa、脉冲偏压为120V、占空比为50％的条件下，其中通入氩气流量的范围控制在240sccm，开启Cr靶，调整靶材电流为28A，在刀具基体表面1沉积纯铬层2，控制相应沉积时间，在刀具基体表面1上获得厚度为2μm的铬层2；
在刀具基体表面1沉积铬层2后，采用PECVD法在铬层2表面沉积氮化铬层3，将镀有铬层2的刀具基体置于氮气环境、真空度为0.44Pa、脉冲偏压为120V、占空比为50％的条件下，其中，氮气通过阳极离子源注入，通入氮气流量的范围控制在340sccm，阳极离子源加电压700V，开启Cr靶，调整靶材电流为29A，对镀有铬层2的刀具基体表面1进行离子轰击，控制相应轰击时间，在铬层2上沉积厚度为2μm氮化铬层3，该氮化铬层3中包括38％的Cr和53％的N，继续重复采用PVD法在氮化铬层3上沉积厚度均匀渐薄的铬层2，沉积一层厚度相等的铬层2与氮化铬层3记为一次循环，在刀具基体表面1上循环沉积4次，且最顶层为氮化铬层3，该氮化铬层3的厚度为0.3μm，即得到如图2所示具有多层涂层且厚度逐层降低的纳米复合刀具。
本发明中采用PECVD法沉积氮化铬层3时，会使用到一种阳极层离子源，如图3所示，该阳极层离子源包括由阳极环6、内阴极4和外阴极5构成的放电室，放电室优选为轴对称结构，且关于中心轴线11对称，所述外阴极5上设有用于安装阳极环4的内腔，阳极环4可通过多个绝缘陶瓷柱“悬浮”在外阴极2的内腔中，所述内阴极4位于阳极环6的正上方，且内阴极4与外阴极5之间设置有用于穿过阳极环6内孔中心的柱状磁体7，柱状磁体7能够形成一个垂直方向上的磁场。柱状磁体7一端与内阴极4连接，另一端与外阴极5的磁轭连接并形成一个封闭的磁回路。所述阳极环4的上端面为外凸的锥面8，且锥面8上每处的法线均与柱状磁体7的中心轴线11形成夹角α，根据离子源与被涂层加工工件距离等条件的不同，夹角α的范围为10～60°，夹角α优选为18°，由于锥面8为外凸状，可在一定范围内增加发射出来的离子束流分布的均匀度，以满足于PECVD法中对于沉积均匀度的要求。具体地，所述内阴极4的与外阴极5的磁极靴之间形成阴极缝隙9，阴极缝隙9关于中心轴线11轴对称，且阴极缝隙9每处的出射方向10与该处下方的阳极环6的锥面8垂直，柱状磁体7产生的磁场只在阴极缝隙9处释放，磁场方向严格平行于阳极环6上每一点的表面，在阴极缝隙9处的内阴极4与外阴极5磁极靴的机械尺寸也是关于出射方向10严格对称，这样可保证阴极缝隙9处下方的阳极环6表面上的每一个点，磁场方向都是严格垂直于电场的方向，以满足电子云团的封闭漂移条件。通过改变离子射流在空间角度方向上的均匀度，避免离子射流过度集中，从而提高整体离子束流在主要沉积方向上的分布均匀度，以保证镀层优异的工艺性能。
以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种纳米复合刀具的制备方法，其特征在于：先将表面洁净的刀具基体置于氩气环境、真空度为0.01～1Pa、-300V～-1000V偏压条件下的真空镀膜设备内进行辉光清洗5～35min；在辉光清洗完毕后，调整偏压至-50V～-300V，开启Cr靶，调整靶材电流为100～350A，以Cr离子高能轰击刀具基体1～10min，活化刀具基体表面；
刀具基体表面活化完毕后，采用PVD法在刀具基体表面沉积铬层，将刀具基体置于氩气环境、真空度为0.35～0.45Pa、脉冲偏压为80～150V、占空比为40％～60％的条件下，开启Cr靶，调整靶材电流为25～30A，在刀具基体表面沉积纯铬层，沉积厚度根据相应沉积时间调整，在刀具基本面上获得厚度范围为1～2μm的纯铬层；
在刀具基体表面沉积铬层后，采用PECVD法在铬层表面沉积氮化铬层，将镀有铬层的刀具基体置于氮气环境、真空度为0.4～0.45Pa、脉冲偏压为80～150V、占空比为50％的条件下，其中，氮气通过阳极离子源注入，阳极离子源加电压450～800V，再开启Cr靶，调整靶材电流为25～30A，对镀有铬层的刀具基体表面进行离子轰击，在纯铬层上沉积与其厚度相等的氮化铬层，氮化铬层沉积完毕后，继续重复采用PVD法在所述氮化铬层表面沉积厚度均匀且渐薄的铬层，再继续在渐薄的铬层上采用PECVD法沉积与其厚度相等的氮化铬层，以沉积一层厚度相等的铬层与氮化铬层记为一次涂层沉积的循环，多次循环沉积后最顶层的涂层厚度范围为0.1～0.3μm，通过重复交替沉积铬层和氮化铬层，并控制相应的沉积时间，得到具有多层涂层且涂层厚度渐薄的纳米复合刀具；采用PECVD法在铬层表面沉积氮化铬层时，改变阳极层离子源中离子射流在空间角度上的投射方向，以提高离子束流在主要沉积方向上的分布均匀度；将阳极层离子源中阳极环的上端面加工为外凸的锥面，使内阴极与外阴极的磁极靴之间形成阴极缝隙，阴极缝隙每处的出射方向与该处下方的阳极环锥面垂直；使阳极环锥面上每处的法线均与竖直轴线形成夹角α，控制夹角α的范围为18°。
2.根据权利要求1所述的纳米复合刀具的制备方法，其特征在于：在采用PVD法在刀具基体表面沉积铬层时，通入氩气流量的范围控制在200sccm～250sccm，在采用PECVD法在铬层表面沉积氮化铬层时，阳极离子源中通入氮气流量的范围控制在300sccm～350sccm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110042350B (zh) * 2019-03-05 2022-05-31 科汇纳米技术（深圳）有限公司 一种多层纳米复合刀具涂层及其制作方法
CN110387529B (zh) * 2019-07-05 2021-08-10 中国人民解放军空军勤务学院 一种用于液压阀杆表面防护的复合涂层及其制备方法
CN110846624B (zh) * 2019-11-07 2022-10-04 北京大学深圳研究生院 一种阳极层离子源
CN111441023A (zh) * 2020-04-29 2020-07-24 金堆城钼业股份有限公司 一种钼表面阻氧膜及其制备方法
CN113230462B (zh) * 2021-04-08 2022-11-29 上海微创医疗器械（集团）有限公司 医用器件
CN114293188A (zh) * 2021-12-30 2022-04-08 中国重汽集团济南动力有限公司 一种多元涂层减振结构刀垫及其制备方法
CN114717515A (zh) * 2022-04-06 2022-07-08 北京理工大学 一种硬质涂层增韧结构及韧性评估方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103060749A (zh) * 2011-10-19 2013-04-24 现代自动车株式会社 用于成型机的表面涂覆膜及其制造方法
CN204200844U (zh) * 2014-10-27 2015-03-11 奉化市金燕钢球有限公司 一种球形钢珠的镀膜结构
CN104975435A (zh) * 2014-04-10 2015-10-14 超晶科技有限公司 真空硬质涂层水针板与其制作方法
CN106471453A (zh) * 2014-07-09 2017-03-01 东友精细化工有限公司 厚膜图案结构及其形成方法
CN107142463A (zh) * 2017-04-27 2017-09-08 湖州金象科技股份有限公司 一种等离子体化学气相沉积与磁控溅射或离子镀复合的镀覆方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103060749A (zh) * 2011-10-19 2013-04-24 现代自动车株式会社 用于成型机的表面涂覆膜及其制造方法
CN104975435A (zh) * 2014-04-10 2015-10-14 超晶科技有限公司 真空硬质涂层水针板与其制作方法
CN106471453A (zh) * 2014-07-09 2017-03-01 东友精细化工有限公司 厚膜图案结构及其形成方法
CN204200844U (zh) * 2014-10-27 2015-03-11 奉化市金燕钢球有限公司 一种球形钢珠的镀膜结构
CN107142463A (zh) * 2017-04-27 2017-09-08 湖州金象科技股份有限公司 一种等离子体化学气相沉积与磁控溅射或离子镀复合的镀覆方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Period dependence of hardness and microstructure on nanometric Cr/CrN multilayers";J. Romero et al;《Surface & Coatings Technology》;20041231;第188-189卷;第338-343页 *

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