CN109136839B - 一种具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，包括工件基体以及设置在所述工件基体上的铝掺杂二硼化钛涂层，所述铝掺杂二硼化钛涂层包括二硼化钛硬质相，以及掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。该具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，通过在二硼化钛中掺杂铝，提高了二硼化钛涂层材料在高速切削或者干切削时的热稳定性，提高了涂层耐高温氧化性能，优化了二硼化钛陶瓷的性能，不仅能够提高涂层的断裂韧性，延长涂层材料的使用寿命，增加工件的加工精度，而且掺杂铝金属元素大大节约了加工成本。本发明还提供了该具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及陶瓷涂层技术领域，特别是涉及一种具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件及其制备方法。
背景技术
金属材料的工作环境日益复杂多变，在长期服役过程中，总是容易在材料的表层或者亚表层产生磨损、腐蚀和韧性差等缺陷。为了提高金属材料的综合机械性能，业内通常在金属材料表面真空涂覆一层硬质防护涂层，这类涂层主要是以陶瓷材料为主的硬质涂层，虽然拥有高强度、高硬度、高熔点、极好的化学稳定性和良好的导电性等特性，但涂层的断裂韧性往往不尽人意，在材料的工作过程中容易产生剥落、脱离等失效现象，严重的阻碍了这类硬质防护涂层的应用。
其中，二硼化钛(TiB2)涂层由于具有高熔点、良好的硬度、较好的化学稳定性、良好的抗腐蚀性能以及良好的导热和导电性能，成为加工某些难加工材料(镁合金、钛合金等)的极为优异的刀模具涂层材料之一。然而TiB2的脆性较大，热膨胀系数表现为各向异性，热稳定性和耐高温氧化均不够好，不适合高速切削，且加工精度比较低，使用寿命较短，这样严重的阻碍了TiB2涂层在高速切削及干切削等领域的应用。为了综合利用TiB2陶瓷优异的性能，人们开始采取在TiB2中掺杂其他元素制备成复合涂层的方式来优化TiB2涂层的性能。如掺杂铜元素制备出二硼化钛-铜硬质涂层，该涂层具有高硬度、高韧性的特点，但是铜在高温下会生成氧化铜，使得涂层热稳定性不够好，最终进一步影响到涂层的使用寿命。又如通过激光熔覆原位合成技术制备出了TiC-TiB2微米复相陶瓷涂层，但是这种制备方法需要对纳米TiC和稀土氧化物粉末前驱体均匀混合后进行等离子致密化造粒处理，还需要在45号钢上喷涂镍基合金打底层，其制备工序极为复杂，难以实现工业化生产。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件及其制备方法，旨在解决现有基于TiB2的复合涂层热稳定性差，耐高温氧化性能不够好，加工工艺复杂，使用寿命短的技术问题。
第一方面，本发明提供了一种具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，包括工件基体以及设置在所述工件基体上的铝掺杂二硼化钛涂层，所述铝掺杂二硼化钛涂层包括二硼化钛硬质相，以及掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。
本发明中的铝掺杂二硼化钛涂层，利用TiB2陶瓷材料作为硬质相，能使涂层具有高硬度、高耐磨的性能，在该硬质相中掺杂的铝元素能够生成含铝的致密的氧化物(如Al2O3等)，防止涂层材料被进一步氧化腐蚀，提高了涂层的热稳定性和耐高温性能，对TiB2硬质相起到了保护作用。因此，本发明的铝掺杂二硼化钛涂层极大地优化了TiB2陶瓷的性能，不仅能够提高涂层的断裂韧性，延长涂层材料的使用寿命，增加工件的加工精度，而且掺杂铝金属元素大大节约了加工成本。
本发明实施方式中，所述铝掺杂二硼化钛涂层包括二硼化钛硬质相，以及均匀掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。本发明实施方式中，所述铝元素也可以是不均匀掺杂在所述二硼化钛硬质相中。
本发明一实施方式中，所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以(Ti,Al)B2固溶体形式存在。
本发明另一实施方式中，所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以(Ti,Al)B2和AlB2的复合结构形式存在。
本发明另一实施方式中，所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以单质铝的形式存在。
本发明另一实施方式中，所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以(Ti,Al)B2和AlB2的复合结构形式以及单质铝的形式存在。
所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中的掺杂的原子百分含量为10at.％-30at.％，进一步地铝元素的原子百分含量为15at.％-25at.％。
所述铝掺杂二硼化钛涂层的厚度为20nm-200μm，进一步地，厚度为100nm-100μm、1-50μm。
所述工件基体包括高速钢工件、硬质合金刀具、冲压模具或其他零部件。
本发明第一方面提供的具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，通过在TiB2中掺杂Al，提高了TiB2涂层材料在高速切削或者干切削时的热稳定性，提高了涂层耐高温氧化性能，优化了TiB2陶瓷的性能，不仅能够提高涂层的断裂韧性，延长涂层材料的使用寿命，增加工件的加工精度，而且掺杂铝金属元素大大节约了加工成本。
第二方面，本发明提供了一种具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件的制备方法，包括以下步骤：
取工件基体，将所述工件基体进行表面预处理；
以铝掺杂二硼化钛陶瓷为靶材或分别以二硼化钛陶瓷与铝金属为靶材，采用磁控溅射工艺在经预处理后的所述工件基体表面沉积制备铝掺杂二硼化钛涂层，得到具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，所述铝掺杂二硼化钛涂层包括二硼化钛硬质相，以及掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。
本发明实施方式中，所述铝掺杂二硼化钛涂层包括二硼化钛硬质相，以及均匀掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。本发明实施方式中，所述铝元素也可以是不均匀掺杂在所述二硼化钛硬质相中。
通过控制所述铝掺杂二硼化钛陶瓷靶材中铝元素的原子百分比含量，或控制所述二硼化钛陶瓷和铝金属靶材的摩尔比，使得在所述二硼化钛硬质相中，所述铝元素的原子百分含量为10at.％～30at.％。具体地，所述铝掺杂TiB2陶瓷靶中的铝的原子百分比含量为10at.％～30at.％。所述铝金属靶和TiB2陶瓷靶同时溅射，其中铝的原子百分比含量为10at.％～30at.％，
本发明实施方式中，所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以(Ti,Al)B2固溶体形式存在；或所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以(Ti,Al)B2和AlB2的复合结构形式存在；或所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以单质铝的形式存在；或所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以(Ti,Al)B2和AlB2的复合结构形式以及单质铝的形式存在。
具体地，通过采用不同的磁控溅射沉积方式，不同的操作参数，可获得不同的铝元素存在形式，当以铝掺杂二硼化钛陶瓷为靶材时，最终铝元素在所述二硼化钛硬质相中主要以(Ti,Al)B2固溶体形式存在；当分别以二硼化钛陶瓷与铝金属为靶材时，若加热温度为150-200℃时，铝元素将以单质形式存在，若加热温度高于200℃，就会存在(Ti,Al)B2、AlB2的复合结构。
本发明实施方式中，以所述铝掺杂二硼化钛陶瓷为靶材时，所述磁控溅射工艺的条件为：工作气压为0.2～1.0Pa，靶偏压为-10～-200V，功率为0.5kW～6.5kW；以所述二硼化钛陶瓷和铝金属为靶材时，其中所述二硼化钛陶瓷靶的功率为1kW～5.5kW，靶偏压为-10～-150V；铝金属靶的功率为0.2kW～1.0kW，靶偏压为-10～-160V。
本发明实施方式中，可以通过调整磁控溅射沉积时间来控制所述铝掺杂二硼化钛涂层的厚度，具体地铝掺杂二硼化钛涂层的厚度可为20nm-200μm，进一步地，厚度为100nm-100μm、1-50μm。
本发明实施方式中，所述表面预处理包括溶剂清洗处理、辉光清洗处理和离子源刻蚀清洗处理中的一种或多种。可选地，所述表面预处理包括依次进行的溶剂清洗处理、辉光清洗处理和离子源刻蚀清洗处理。
本发明实施方式中，所述溶剂清洗处理的工艺条件为：先将所述工件基体在去离子水中超声清洗10-30min，然后放入丙酮溶液中超声清洗5-30min，接着将其转入无水乙醇溶液中超声清洗10-35min，再采用氮气干燥，最后于80-120℃鼓风烘干。
本发明实施方式中，将经溶剂清洗处理后的工件基体置于磁控溅射镀膜设备中，抽真空至压强低于5.0×10-3Pa时，对所述工件基体进行加热预处理，加热温度为150-550℃，继续抽真空至压强低于3.0×10-3Pa时，再进行辉光清洗处理。当分别以二硼化钛陶瓷与铝金属为靶材时，通过控制该加热温度即可获得不同形式存在的铝元素。
本发明实施方式中，所述辉光清洗处理的工艺条件为：当真空室系统的压强低于3.0×10-3Pa时，向真空室腔体内通入氩气，氩气流量200-500sccm，本底真空度为0.8-1.6Pa，基底偏压为-450～-850V，辉光清洗时间10-60min。
本发明实施方式中，所述离子刻蚀清洗处理的工艺条件为：离子源电压为50～85V，氩气流量60～600sccm，炉内工作压强0.6～1.8Pa，基底偏压设置为-100～-800V，清洗时间5～60min。
本发明采用磁控溅射的方法制备铝掺杂二硼化钛涂层，能够促使铝掺杂TiB2陶瓷靶或TiB2陶瓷靶与Al金属靶在待沉积基材表面形成均匀的复合涂层，同时可以让铝以不同存在形式均匀掺杂于TiB2硬质相中，提高了涂层的断裂韧性，增加了涂层的热稳定性和耐高温性能，本发明制备方法中靶材导电性强，工作效率高，工艺条件易控，设备简单，可操作性强，可控性好，易于工业化生产。
本发明的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件的结构示意图；
图2为本发明实施例1提供的具有铝掺杂二硼化钛涂层的硬质合金刀具的制备方法流程图；
图3为本发明实施例中制备铝掺杂二硼化钛涂层所用到的磁控溅射镀膜设备结构示意图。
具体实施方式
以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。
实施例1
如图1所示，为本发明实施例1提供的具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，包括工件基体10和设置在所述工件基体10上的铝掺杂二硼化钛涂层11，所述铝掺杂二硼化钛涂层11包括二硼化钛硬质相，以及均匀掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。具体地，本实施例中工件基体10为硬质合金刀具。
如图2所示，为本发明实施例提供的具有铝掺杂二硼化钛涂层的硬质合金刀具的制备方法，包括如下步骤：
1、预置靶材：采用铝靶和TiB2陶瓷靶为靶材。所述铝靶和TiB2陶瓷靶同时溅射，其中铝的原子含量为15at.％，并将两个靶材安装于如图3所示的磁控溅射镀膜设备的磁控靶位1和磁控靶位2处；
2、溶剂清洗：首先将待镀基材(硬质合金刀具)放入去离子水中超声清洗25min，然后将硬质合金刀具放入丙酮溶液中超声清洗25min，接着将其转入无水乙醇溶液中超声清洗30min，此后采用干燥的氮气将硬质合金刀具表面吹干，最后将它转移到鼓风干燥箱中120℃烘干；紧接着将烘干后的硬质合金刀具装入特制夹具并固定在磁控溅射镀膜设备中(如图3所示)的转架上；关闭真空室门，打开水冷机组，将离子源、溅射靶、分子泵、真空腔室的水路接通，打开空压机与磁控溅射镀膜设备总电源，接着打开机械泵与辅抽阀以及分子泵，分子泵显示爬升中；当分子泵爬升到全速后，关辅抽阀，开粗抽阀，对真空室系统粗抽；当真空室内压强低于10Pa后，又启动辅抽阀，继续抽真空；当真空室系统的压强低于3Pa后，关掉粗抽阀，打开高阀对真空室系统抽高真空。当真空室系统内部压强抽到低于5.0×10- 3Pa后，开启加热电源，对真空室系统以及硬质合金刀具进行加热预处理，加热温度为150℃，且加热过程中需打开转架系统按钮，使硬质合金刀具随着转架能够同时进行公转、自转，使硬质合金刀具受热均匀；当真空室系统的压强低于3.0×10-3Pa时，进入下一步操作工序-辉光清洗；
3、辉光清洗：当真空室系统的压强低于3.0×10-3Pa时，开启氩气瓶主阀，打开控制面板中的减压阀、离子源阀、弧阀和靶阀和质量流量计，向真空室腔体内通入氩气，氩气流量400sccm，本底真空度为1.2Pa，基底偏压为-650V，对硬质合金刀具进行辉光清洗，清洗时间50min；
4、离子源清洗：待辉光清洗终止以后，打开离子源，对硬质合金刀具进行离子刻蚀清洗，其中离子源电压为75V，氩气流量350sccm，炉内工作压强1.2Pa,基底偏压设置为-600V；清洗时间30min；
5、铝掺杂二硼化钛涂层沉积：待离子源刻蚀清洗终止以后，通入氩气，调节氩气流量为350sccm，直到工作压强调整为0.8Pa，接着打开铝靶和TiB2陶瓷靶，其中所述TiB2陶瓷靶功率为3.5kW，靶偏压为-100V；金属铝靶功率为1.0kW，靶偏压为-120V，溅射时间为20min，所得铝掺杂二硼化钛涂层的厚度为2um，其中铝以单质形式存在；
6、开炉取样：涂层沉积结束后，关闭磁控靶电源以及偏压电源，然后关闭气体质量流量计和气瓶主阀和减压阀；设置降温程序，待温度降到100℃以下后，关闭真空泵组和抽气阀，然后关闭水冷机和设备总电源；开启放气阀，等到真空室腔体内压强和外界压强平衡以后，打开真空室门，然后将沉积的样品取出。
实施例2
一种具有铝掺杂二硼化钛涂层的高速钢工件，包括工件基体和设置在所述工件基体上的铝掺杂二硼化钛涂层，所述铝掺杂二硼化钛涂包括二硼化钛硬质相，以及均匀掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。
本发明实施例具有铝掺杂二硼化钛涂层的高速钢工件的制备方法，包括如下步骤：
1、预置靶材：采用铝掺杂TiB2陶瓷靶为溅射靶材。所述铝掺杂TiB2陶瓷靶中的铝的原子含量为12at.％，安装于如图3所示的磁控溅射镀膜设备的磁控靶位1处；
2、溶剂清洗：首先将高速钢放入去离子水中超声清洗15min，然后将其放入丙酮溶液中超声清洗30min，接着将高速钢放入无水乙醇溶液中超声清洗20min，此后采用干燥的氮气将高速钢表面吹干，最后将高速钢转移到鼓风干燥箱中100℃烘干；紧接着将烘干后的高速钢装入特制夹具并固定在磁控溅射镀膜设备中(如图3所示)的转架上；关闭真空室门，打开水冷机组将离子源、溅射靶、分子泵、真空腔室的水路接通，打开空压机与磁控溅射镀膜设备总电源，接着打开机械泵与辅抽阀以及分子泵，分子泵显示爬升中；当分子泵爬升到全速后，关辅抽阀，开粗抽阀，对真空室系统粗抽；当真空室内压强低于10Pa后，又启动辅抽阀，继续抽真空；当真空室系统的压强低于3Pa后，关掉粗抽阀，打开高阀对真空室系统抽高真空。当真空室系统内部压强抽到低于5.0×10-3Pa后，开启加热电源，对真空室系统以及高速钢进行加热预处理，加热温度为300℃，且加热过程中需打开转架系统按钮，使高速钢随着转架能够同时进行公转、自转，使高速钢受热均匀；当真空室系统的压强低于3.0×10-3Pa时，进入下一步操作工序-辉光清洗；
3、辉光清洗：当真空室系统的压强低于3.0×10-3Pa时，开启氩气瓶主阀，打开控制面板中的减压阀、离子源阀、弧阀和靶阀和质量流量计，向真空室腔体内通入氩气，氩气流量500sccm，本底真空度为1.5Pa，基底偏压为-600V，对高速钢进行辉光清洗，清洗时间30min；
4、离子源清洗：待辉光清洗终止以后，打开离子源，对高速钢进行离子刻蚀清洗，其中离子源电压为75V，氩气流量200sccm，炉内工作压强0.7Pa，基底偏压设置为-500V；清洗时间30min；
5、铝掺杂二硼化钛涂层沉积：待离子源刻蚀清洗终止以后，通入氩气，调节氩气流量为400sccm，直到工作压强调整为0.8Pa，接着打开铝掺杂TiB2磁控靶材进行铝掺杂二硼化钛涂层的沉积，其中靶偏压为-200V，功率为2kW，溅射时间为5min，所得铝掺杂二硼化钛涂层的厚度为500nm，其中铝以(Ti,Al)B2固溶体的形式存在；
6、开炉取样：涂层沉积结束后，关闭磁控靶电源以及偏压电源，然后关闭气体质量流量计和气瓶主阀和减压阀；设置降温程序，待温度降到100℃以下后，关闭真空泵组和抽气阀，然后关闭水冷机和设备总电源；开启放气阀，等到真空室腔体内压强和外界压强平衡以后，打开真空室门，然后将沉积的样品取出。
实施例3
一种具有铝掺杂二硼化钛涂层的立方晶氮化硼(CBN)车刀，包括工件基体和设置在所述工件基体上的铝掺杂二硼化钛涂层，所述铝掺杂二硼化钛涂包括二硼化钛硬质相，以及均匀掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。
本实施例具有铝掺杂二硼化钛涂层的立方晶氮化硼(CBN)车刀的制备方法，包括如下步骤：
1、预置靶材：以铝靶和TiB2陶瓷靶为靶材时，所述铝靶和TiB2陶瓷靶同时溅射，其中铝的原子含量25at.％，并将两个靶材安装于如图3所示的磁控溅射镀膜设备的磁控靶位1和磁控靶位2处；
2、溶剂清洗：首先将立方晶氮化硼(CBN)车刀放入去离子水中超声清洗30min，然后将立方晶氮化硼(CBN)车刀放入丙酮溶液中超声清洗30min，接着将立方晶氮化硼(CBN)车刀放入无水乙醇溶液中超声清洗35min，此后采用干燥的氮气将立方晶氮化硼(CBN)车刀表面吹干，最后将立方晶氮化硼(CBN)车刀转移到鼓风干燥箱中120℃烘干；紧接着将烘干后的立方晶氮化硼(CBN)车刀装入特制夹具并固定在磁控溅射镀膜设备中(如图3所示)的转架上；关闭真空室门，打开水冷机组将离子源、溅射靶、分子泵、真空腔室的水路接通，打开空压机与磁控溅射镀膜设备总电源，接着打开机械泵与辅抽阀以及分子泵，分子泵显示爬升中；当分子泵爬升到全速后，关辅抽阀，开粗抽阀，对真空室系统粗抽；当真空室内压强低于10Pa后，又启动辅抽阀，继续抽真空；当真空室系统的压强低于3Pa后，关掉粗抽阀，打开高阀对真空室系统抽高真空。当真空室系统内部压强抽到低于5.0×10-3Pa后，开启加热电源，对真空室系统以及立方晶氮化硼(CBN)车刀进行加热预处理，加热温度为400℃，且加热过程中需打开转架系统按钮，使待镀基材随着转架能够同时进行公转、自转，使立方晶氮化硼(CBN)车刀受热均匀；当真空室系统的压强低于3.0×10-3Pa时，进入下一步操作工序-辉光清洗；
3、辉光清洗：当真空室系统的压强低于3.0×10-3Pa时，开启氩气瓶主阀，打开控制面板中的减压阀、离子源阀、弧阀和靶阀和质量流量计，向真空室腔体内通入氩气，氩气流量450sccm,本底真空度为1.0Pa，基底偏压为-800V，对立方晶氮化硼(CBN)车刀进行辉光清洗，清洗时间20min；
4、离子源清洗：待辉光清洗终止以后，打开离子源，对立方晶氮化硼(CBN)车刀进行离子刻蚀清洗，其中离子源电压为65V，氩气流量300sccm，炉内工作压强0.9Pa，基底偏压设置为-600V；清洗时间40min；
5、铝掺杂二硼化钛涂层沉积：待离子源刻蚀清洗终止以后，通入氩气，调节氩气流量为350sccm，直到工作压强调整为0.6Pa，接着打开铝靶和TiB2陶瓷靶，其中所述TiB2陶瓷靶功率为3kW，靶偏压为-150V；金属铝靶功率为0.8kW，靶偏压为-80V，溅射时间为60min，所得铝掺杂二硼化钛涂层的厚度为5um，其中铝以(Ti,Al)B2和AlB2的复合结构形式存在；
6、开炉取样：涂层沉积结束后，关闭磁控靶电源以及偏压电源，然后关闭气体质量流量计和气瓶主阀和减压阀；设置降温程序，待温度降到100℃以下后，关闭真空泵组和抽气阀，然后关闭水冷机和设备总电源；开启放气阀，等到真空室腔体内压强和外界压强平衡以后，打开真空室门，然后将沉积的样品取出。
实施例4
一种具有铝掺杂二硼化钛涂层的冲压模具，包括工件基体和设置在所述工件基体上的铝掺杂二硼化钛涂层，所述铝掺杂二硼化钛涂包括二硼化钛硬质相，以及均匀掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。
本实施例具有铝掺杂二硼化钛涂层的冲压模具的制备方法，包括如下步骤：
1、预置靶材：以铝靶和TiB2陶瓷靶为靶材时，所述铝靶和TiB2陶瓷靶同时溅射，其中铝的原子含量20at.％，并将两个靶材安装于如图3所示的磁控溅射镀膜设备的磁控靶位1和磁控靶位2处；
2、溶剂清洗：溶剂清洗处理及抽真空步骤如实施例1；
3、辉光清洗：操作同实施例1，辉光清洗氩气流量500sccm，本底真空度为1.5Pa,基底偏压为-600V，清洗时间30min；
4、离子源清洗：操作同实施例1；离子源电压为75V，氩气流量200sccm，炉内工作压强0.6Pa，基底偏压设置为-500V；清洗时间30min；
5、铝掺杂二硼化钛涂层沉积：操作同实施例1，调节氩气流量为450sccm，直到工作压强调整为1.2Pa，接着打开铝靶和TiB2陶瓷靶，其中所述TiB2陶瓷靶功率为4kW，靶偏压为-120V；金属铝靶功率为0.8kW，靶偏压为-100V，溅射时间为200min，所得铝掺杂二硼化钛涂层的厚度为20um，其中铝以单质形式存在；
6、开炉取样：操作同实施例1。
需要说明的是，根据上述说明书的揭示和和阐述，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些等同修改和变更也应当在本发明的权利要求的保护范围之内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (11)
1.一种具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，其特征在于，包括工件基体以及设置在所述工件基体上的铝掺杂二硼化钛涂层，所述铝掺杂二硼化钛涂层包括二硼化钛硬质相，以及掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素；所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以(Ti,Al)B2固溶体形式存在；或所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以(Ti,Al)B2和AlB2的复合结构形式存在；或所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以单质铝的形式存在；或所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中以(Ti,Al)B2和AlB2的复合结构形式以及单质铝的形式存在。
2.如权利要求1所述的具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，其特征在于，所述铝掺杂二硼化钛涂层包括二硼化钛硬质相，以及均匀掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。
3.如权利要求1或2所述的具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，其特征在于，所述铝元素在所述二硼化钛硬质相中的掺杂原子百分含量为10at.％-30at.％。
4.如权利要求1或2所述的具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，其特征在于，所述铝掺杂二硼化钛涂层的厚度为20nm-200μm。
5.如权利要求1或2所述的具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，其特征在于，所述工件基体包括高速钢工件、硬质合金刀具、冲压模具或其他零部件。
6.一种具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
取工件基体，将所述工件基体进行表面预处理；
以铝掺杂二硼化钛陶瓷为靶材或分别以二硼化钛陶瓷与铝金属为靶材，采用磁控溅射工艺在经预处理后的所述工件基体表面沉积制备铝掺杂二硼化钛涂层，得到具有铝掺杂二硼化钛涂层的工件，所述铝掺杂二硼化钛涂层包括二硼化钛硬质相，以及掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。
7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铝掺杂二硼化钛涂层包括二硼化钛硬质相，以及均匀掺杂在所述二硼化钛硬质相中的铝元素。
8.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，通过控制所述铝掺杂二硼化钛陶瓷靶材中铝元素的原子百分比含量，或控制所述二硼化钛陶瓷和铝金属靶材的摩尔比，使得在所述二硼化钛硬质相中，所述铝元素的原子百分含量为10at.％～30at.％。
9.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，以所述铝掺杂二硼化钛陶瓷为靶材时，所述磁控溅射工艺的条件为：工作气压为0.2～1.0Pa，靶偏压为-10～-200V，功率为0.5kW～6.5kW；以所述二硼化钛陶瓷和铝金属为靶材时，其中所述二硼化钛陶瓷靶的功率为1kW～5.5kW，靶偏压为-10～-150V；铝金属靶的功率为0.2kW～1.0kW，靶偏压为-10～-160V。
10.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述表面预处理包括溶剂清洗处理、辉光清洗处理和离子源刻蚀清洗处理中的一种或多种。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂清洗处理的工艺条件为：先将所述工件基体在去离子水中超声清洗10-30min，然后放入丙酮溶液中超声清洗5-30min，接着将其转入无水乙醇溶液中超声清洗10-35min，再采用氮气干燥，最后于80-120℃鼓风烘干；
所述辉光清洗处理的工艺条件为：当真空室系统的压强低于3.0×10-3Pa时，向真空室腔体内通入氩气，氩气流量200-500sccm，本底真空度为0.8-1.6Pa，基底偏压为-450～-850V，辉光清洗时间10-60min；
所述离子刻蚀清洗处理的工艺条件为：离子源电压为50～85V，氩气流量60～600sccm，炉内工作压强0.6～1.8Pa，基底偏压设置为-100～-800V，清洗时间5～60min。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |