CN114438445A - 一种ZrBN涂层及其制备方法 - Google Patents
一种ZrBN涂层及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114438445A CN114438445A CN202111676521.5A CN202111676521A CN114438445A CN 114438445 A CN114438445 A CN 114438445A CN 202111676521 A CN202111676521 A CN 202111676521A CN 114438445 A CN114438445 A CN 114438445A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- coating
- zrbn
- zrb
- gas
- substrate
- 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
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 223
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 196
- 229910007950 ZrBN Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 130
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 229910007948 ZrB2 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 70
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 239000013077 target material Substances 0.000 claims description 8
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 4
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 4
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 3
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005289 physical deposition Methods 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 39
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 3
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 2
- 229910019912 CrN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010037 TiAlN Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910033181 TiB2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910008482 TiSiN Inorganic materials 0.000 description 1
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000002425 crystallisation Methods 0.000 description 1
- 230000008025 crystallization Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N isoniazide Chemical compound NNC(=O)C1=CC=NC=C1 QRXWMOHMRWLFEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/0641—Nitrides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/0021—Reactive sputtering or evaporation
- C23C14/0036—Reactive sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/021—Cleaning or etching treatments
- C23C14/022—Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
- C23C14/067—Borides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/35—Sputtering by application of a magnetic field, e.g. magnetron sputtering
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/54—Controlling or regulating the coating process
- C23C14/542—Controlling the film thickness or evaporation rate
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明涉及加工制造技术领域，尤其涉及一种ZrBN涂层及其制备方法，ZrBN涂层包括若干ZrB2涂层和若干ZrBN涂层组成，所述ZrB2涂层与所述ZrBN涂层以一层ZrB2涂层‑一层ZrBN涂层的方式交替层叠，所述ZrB2涂层和所述ZrBN涂层均沉积在基体上，该ZrBN涂层具有硬度高、结合力和涂层内应力可调的优点，ZrBN涂层的制备方法通过磁控溅射在基体上沉积出交替层叠的ZrBN涂层与ZrB2涂层，该方法为物理沉积方法，具有环保的特点。
Description
技术领域
本发明涉及精工制造技术领域，尤其涉及一种ZrBN涂层及其制备方法。
背景技术
在刀具、模具以及各种零部件表面制备硬质涂层，以提高其在相对恶劣应用工况下的服役寿命和性能，已成为加工制造领域关键核心技术。常规硬质涂层具有硬度高、耐磨性好等特点，如TiN、CrN、TiAlN、TiSiN、TiB2等涂层。硬质涂层结构从单层涂层向多层和纳米复合结构发展，以兼具各类涂层优势，提高涂层性能。ZrB2涂层具有硬度高(可高达>40GPa)、热导率高等特点，但应力较高、脆性大、结合力较差；ZrBN纳米复合涂层包括ZrB2、ZrN和BN等晶相结构，然而常规工艺沉积制备的ZrBN中ZrN和ZrB2结晶程度较差、硬度较低、耐磨性较差。
因此，尽管ZrB2和ZrBN作为硬质涂层极具应用潜力，但仍需从涂层结构设计和制备工艺等方面，提高涂层性能，使其兼具高硬度、高韧性、高结合力等综合优势。
发明内容
本发明的目的之一在于避免现有技术中的不足之处而提供一种ZrBN涂层，该ZrBN涂层具有硬度高、结合力和涂层内应力可调的优点。
本发明的目的之二在于提供一种ZrBN涂层的制备方法。
为了达到上述目的之一，本发明采用以下方案：
提供一种ZrBN涂层，包括若干ZrB2涂层和若干ZrBN涂层组成，所述ZrB2涂层与所述ZrBN涂层以一层ZrB2涂层-一层ZrBN涂层交替层叠，所述ZrB2涂层和所述ZrBN涂层沉积在基体上。
在一些实施方式中，所述若干ZrB2涂层与所述若干ZrBN涂层的总厚度为0.2μm～4μm。
在一些实施方式中，所述若干ZrB2涂层的厚度之和为0.1μm～2μm，所述若干ZrBN涂层的厚度之和为0.1μm～2μm。
在一些实施方式中，所述ZrB2涂层与所述ZrBN涂层的层数之和至少为两层。
在一些实施方式中，所述ZrB2涂层按原子百分比计由30％～45％的Zr和55％～70％的B组成。
在一些实施方式中，所述ZrBN涂层按原子百分比计由20％～42％的Zr、37％～50％的B和10％～33％的N组成。
在一些实施方式中，所述基体是硬质合金、模具钢、高速钢中的任意一种。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的ZrBN涂层由ZrB2层涂层与ZrBN层涂层交替层叠组成，单独的ZrB2层涂层具有高硬度、高热导率等性能，ZrBN层涂层中也具有ZrB2物相，将单独ZrB2层涂层与ZrBN层涂层结合，使得硬度相加，提高涂层总硬度，并提高涂层的导热效果，避免加工区域局部温度过高的问题；并且，由于现有技术ZrBN涂层为ZrB2、ZrN、BN等物相混合，虽可综合不同物相性能，但也导致ZrBN涂层中的ZrB2不能发挥其较好的硬度性能和导热性，ZrB2层涂层与ZrBN层涂层交替层叠，使得单独的ZrB2层涂层能增效涂层的总体硬度和导热性，并能发挥单独ZrBN层涂层自身的性能，促进ZrBN涂层能在工业范围内实现广泛应用。
(2)本发明的ZrB2涂层与ZrBN涂层交替层叠，通过调整交替层数以及调整每层的厚度，能更容易、更准确地调整涂层的内应力，提高了涂层的内应力。
为了达到上述目的之二，本发明采用以下方案：
提供一种ZrBN涂层的制备方法，制备上述ZrBN涂层，包括以下步骤：
S1、向涂层设备的腔室通入Ar气；所述腔室内设有转架，将基体放置在所述转架上，采用辉光清洗工艺清洁基体的表面，清洁时间为15min～30min；
S2、设置所述腔室温度为350～600℃，基体偏压为-10～-250V，腔室内真空度为0.3～1.2Pa，转架转速为1～5rpm，采用ZrB2靶材并设置ZrB2靶材的功率为3KW～6KW；
S3、制备ZrB2层涂层时通入气体Ar气，制备ZrBN层涂层时通入气体Ar气和N2气，通过交替改变通入气体，实现ZrB2层和ZrBN层交替层叠的制备；
S4、关闭ZrB2靶材的电源，待所述腔室温度降至100℃以下，打开腔室，取出沉积涂层后的基体。
在一些实施方式中，同时通入Ar气和N2气时，Ar：N2的流量之比为(2～25)：1。
与现有的技术相比，本发明的方法具有如下优点：
(1)本发明ZrBN涂层的制备方法通过磁控溅射在基体上沉积出交替层叠的ZrBN涂层与ZrB2涂层，该方法为物理沉积方法，具有环保的特点。
(2)该方法通过控制各参数，交替通入对应的Ar气，和组合气体(Ar气与N2气)，既能沉积ZrBN涂层又能沉积出ZrB2涂层。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
图1是实施例1中的ZrBN涂层的结构示意图。
图2是实施例1的ZrBN涂层与基体结合力的划痕测试的结果图。
图3是实施例2的采用纳米压痕对涂层样品进行硬度测量的结果图。
具体实施方式
结合以下实施例和附图对本申请作进一步描述。
实施例1
本实施例公开的ZrBN涂层，图1所示，包括若干ZrB2涂层和若干ZrBN涂层组成，所述ZrB2涂层与所述ZrBN涂层以一层ZrB2涂层-一层ZrBN涂层交替层叠，所述ZrB2涂层和所述ZrBN涂层沉积在基体上。
上述ZrBN涂层的作用和效果：
ZrB2与ZrBN交替层叠在基体上，ZrB2的硬度性能和导热率能补偿ZrBN的性能，使得ZrB2与ZrBN协同增效，提高了涂层的总硬度、导热率，使得ZrBN涂层能发挥其潜能并工业化应用。
本实施例中，所述若干ZrB2涂层与所述若干ZrBN涂层的总厚度为3.6μm。该厚度的涂层能避免涂层厚度过高影响基体使用，也避免涂层厚度过低不能发挥涂层的功效。
本实施例中，所述若干ZrB2涂层的厚度之和为1.8μm，所述若干ZrBN涂层的厚度之和为1.8μm。通过调节ZrB2涂层和ZrBN涂层的厚度，能调整涂层的内应力。
本实施例中，所述ZrB2涂层与所述ZrBN涂层的层数之和为五层。
本实施例中，所述ZrB2涂层按原子百分比计由30％的Zr和70％的B组成。这样能保持ZrB2涂层的功能。
本实施例中，所述ZrBN涂层按原子百分比计由20％的Zr、47％的B和33％的N组成。这样能保持ZrBN涂层的功能。
本实施例中，所述基体是硬质合金。
上述ZrBN涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、向涂层设备的腔室通入Ar气；所述腔室内设有转架，将基体放置在所述转架上，采用辉光清洗工艺清洁基体的表面，清洁时间为15min；
S2、设置所述腔室温度为350℃，基体偏压为-10V，腔室内真空度为0.6Pa，转架转速为3rpm，采用ZrB2靶材并设置ZrB2靶材的功率为6KW；
S3、制备ZrB2层涂层时通入气体Ar气，制备ZrBN层涂层时通入气体Ar气和N2气，通过交替改变通入气体，实现ZrB2层和ZrBN层交替层叠的制备；
S4、关闭ZrB2靶材的电源，待所述腔室温度降至100℃以下，打开腔室，取出沉积涂层后的基体。
本实施例中，同时通入Ar气和N2气时，Ar：N2的流量之比为25：1。
图2为ZrBN涂层与基体结合力的划痕测试的结果图，由图2看出，涂层在压头加载力0-100N之间无明显剥落现象，涂层结合力优异。
实施例2
本实施例公开的ZrBN涂层，包括若干ZrB2涂层和若干ZrBN涂层组成，所述ZrB2涂层与所述ZrBN涂层以一层ZrB2涂层-一层ZrBN涂层交替层叠，所述ZrB2涂层和所述ZrBN涂层沉积在基体上。
上述ZrBN涂层的作用和效果：
ZrB2与ZrBN交替层叠在基体上，ZrB2的硬度性能和导热率能补偿ZrBN的性能，使得ZrB2与ZrBN协同增效，提高了涂层的总硬度、导热率，使得ZrBN涂层能发挥其潜能并工业化应用。
本实施例中，所述若干ZrB2涂层与所述若干ZrBN涂层的总厚度为4μm。该厚度的涂层能避免涂层厚度过高影响基体使用，也避免涂层厚度过低不能发挥涂层的功效。本实施例中，所述若干ZrB2涂层的厚度之和为2μm，所述若干ZrBN涂层的厚度之和为2μm。通过调节ZrB2涂层和ZrBN涂层的厚度，能调整涂层的内应力。
本实施例中，所述ZrB2涂层与所述ZrBN涂层的层数之和为十五层。
本实施例中，所述ZrB2涂层按原子百分比计由40％的Zr和60％的B组成。这样能保持ZrB2涂层的功能。
本实施例中，所述ZrBN涂层按原子百分比计由42％的Zr、37％的B和21％的N组成。这样能保持ZrBN涂层的功能。
本实施例中，所述基体是高速钢。
上述ZrBN涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、向涂层设备的腔室通入Ar气；所述腔室内设有转架，将基体放置在所述转架上，采用辉光清洗工艺清洁基体的表面，清洁时间为30min；
S2、设置所述腔室温度为600℃，基体偏压为-250V，腔室内真空度为1.2Pa，转架转速为5rpm，采用ZrB2靶材并设置ZrB2靶材的功率为3KW；
S3、制备ZrB2层涂层时通入气体Ar气，制备ZrBN层涂层时通入气体Ar气和N2气，通过交替改变通入气体，实现ZrB2层和ZrBN层交替层叠的制备；
S4、关闭ZrB2靶材的电源，待所述腔室温度降至100℃以下，打开腔室，取出沉积涂层后的基体。
本实施例中，同时通入Ar气和N2气时，Ar：N2的流量之比为10：1。
图3为采用纳米压痕对涂层样品进行硬度测量的结果，图3显示了随金刚石压头从涂层表面压入和抬起过程中的载荷位移曲线关系，进而通过仪器导出涂层硬度数值，对本实施例的测量数值为36.1GPa。
实施例3
本实施例公开的ZrBN涂层，包括若干ZrB2涂层和若干ZrBN涂层组成，所述ZrB2涂层与所述ZrBN涂层以一层ZrB2涂层-一层ZrBN涂层交替层叠，所述ZrB2涂层和所述ZrBN涂层沉积在基体上。
上述ZrBN涂层的作用和效果：
ZrB2与ZrBN交替层叠在基体上，ZrB2的硬度性能和导热率能补偿ZrBN的性能，使得ZrB2与ZrBN协同增效，提高了涂层的总硬度、导热率，使得ZrBN涂层能发挥其潜能并工业化应用。
本实施例中，所述若干ZrB2涂层与所述若干ZrBN涂层的总厚度为0.2μm。该厚度的涂层能避免涂层厚度过高影响基体使用，也避免涂层厚度过低不能发挥涂层的功效。本实施例中，所述若干ZrB2涂层的厚度之和为0.1μm，所述若干ZrBN涂层的厚度之和为0.1μm。通过调节ZrB2涂层和ZrBN涂层的厚度，能调整涂层的内应力。
本实施例中，所述ZrB2涂层与所述ZrBN涂层的层数之和为二层。
本实施例中，所述ZrB2涂层按原子百分比计由45％的Zr和55％的B组成。这样能保持ZrB2涂层的功能。
本实施例中，所述ZrBN涂层按原子百分比计由40％的Zr、50％的B和10％的N组成。这样能保持ZrBN涂层的功能。
本实施例中，所述基体是模具钢。
上述ZrBN涂层的制备方法，包括以下步骤：
S1、向涂层设备的腔室通入Ar气；所述腔室内设有转架，将基体放置在所述转架上，采用辉光清洗工艺清洁基体的表面，清洁时间为25min；
S2、设置所述腔室温度为500℃，基体偏压为-200V，腔室内真空度为0.8Pa，转架转速为1rpm，采用ZrB2靶材并设置ZrB2靶材的功率为4KW；
S3、制备ZrB2层涂层时通入气体Ar气，制备ZrBN层涂层时通入气体Ar气和N2气，通过交替改变通入气体，实现ZrB2层和ZrBN层交替层叠的制备；
S4、关闭ZrB2靶材的电源，待所述腔室温度降至100℃以下，打开腔室，取出沉积涂层后的基体。
本实施例中，同时通入Ar气和N2气时，Ar：N2的流量之比为2：1。
性能测试：
测试实施例1获得的3μm厚度的包含ZrB2和ZrBN的涂层在硬质合金上的硬度、结合力和内应力，同时测试单独的3μm厚度ZrBN涂层在在硬质合金上的硬度、结合力和内应力，以及测试单独的3μm厚度ZrB2涂层在在硬质合金上的硬度、结合力和内应力，得到表1所示的比较数据：
表1
| 测试对象 | 硬度 | 结合力 | 内应力 |
| 实施例1的ZrBN涂层 | 35GPa | ＞100N | 1GPa |
| ZrBN单层涂层 | 20GPa | 85N | 0.8GPa |
| ZrB<sub>2</sub>单层涂层 | 45GPa | 62N | 5GPa |
由表1可知，实施例1获得的包含ZrB2和ZrBN的涂层能有效地提高了涂层的硬度、结合力和内应力，使得涂层能在工业范围内实现广泛应用。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对本申请保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本申请作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本申请的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本申请技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种ZrBN涂层，其特征在于：包括若干ZrB2层涂层和若干ZrBN层涂层组成，所述ZrB2涂层与所述ZrBN涂层以一层ZrB2涂层和一层ZrBN涂层的方式交替层叠，所述ZrB2涂层和所述ZrBN涂层均沉积在基体上。
2.根据权利要求1所述的ZrBN涂层，其特征在于：所述若干ZrB2涂层与所述若干ZrBN涂层的总厚度为0.2μm～4μm。
3.根据权利要求2所述的ZrBN涂层，其特征在于：所述若干ZrB2涂层的厚度之和为0.1μm～2μm，所述若干ZrBN涂层的厚度之和为0.1μm～2μm。
4.根据权利要求1所述的ZrBN涂层，其特征在于：所述ZrB2涂层与所述ZrBN涂层的层数之和至少为两层。
5.根据权利要求1所述的ZrBN涂层，其特征在于：所述ZrB2涂层按原子百分比计由30％～45％的Zr和55％～70％的B组成。
6.根据权利要求1或5所述的ZrBN涂层，其特征在于：所述ZrBN涂层按原子百分比计由20％～42％的Zr、37％～50％的B和10％～33％的N组成。
7.根据权利要求1所述的ZrBN涂层，其特征在于：所述基体是硬质合金、模具钢、高速钢中的任意一种。
8.一种ZrBN涂层的制备方法，其特征在于：制备权利要求1-7任一项所述的ZrBN涂层，包括以下步骤：
S1、在涂层设备腔室内设有转架，将基体放置在所述转架上，采用辉光清洗工艺清洁基体的表面，清洁时间为15min～30min；
S2、设置所述腔室温度为350℃～600℃，基体偏压为-10V～-250V，腔室内真空度为0.3Pa～1.2Pa，转架转速为1rpm～5rpm，采用ZrB2靶材并设置ZrB2靶材的功率为3KW～6KW；
S3、制备ZrB2层涂层时通入气体Ar气，制备ZrBN层涂层时通入气体Ar气和N2气，通过交替改变通入气体，实现ZrB2层和ZrBN层交替层叠的制备；
S4、关闭ZrB2靶材的电源，待所述腔室温度降至100℃以下，打开腔室，取出沉积涂层后的基体。
9.根据权利要求8所述的ZrBN涂层的制备方法，其特征在于：同时通入Ar气和N2气时，Ar：N2的流量之比为(2～25)：1。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111676521.5A CN114438445A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种ZrBN涂层及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111676521.5A CN114438445A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种ZrBN涂层及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114438445A true CN114438445A (zh) | 2022-05-06 |
Family
ID=81366521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111676521.5A Pending CN114438445A (zh) | 2021-12-31 | 2021-12-31 | 一种ZrBN涂层及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114438445A (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011083876A (ja) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
| CN105887012A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-08-24 | 天津职业技术师范大学 | 一种Zr-B-N纳米复合涂层制备工艺 |
-
2021
- 2021-12-31 CN CN202111676521.5A patent/CN114438445A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011083876A (ja) * | 2009-10-19 | 2011-04-28 | Mitsubishi Materials Corp | 表面被覆切削工具 |
| CN105887012A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-08-24 | 天津职业技术师范大学 | 一种Zr-B-N纳米复合涂层制备工艺 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 喻利花;赵强;马冰洋;许俊华;: "B靶功率对ZrBN复合膜的微结构、力学性能及摩擦性能的影响" * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101879794B (zh) | CrTiAlSiN纳米复合涂层、沉积有该涂层的刀具及其制备方法 | |
| CN108026629B (zh) | 切削工具用硬涂层 | |
| EP2839051B1 (en) | High performance tools exhibiting reduced crater wear in particular by dry machining operations | |
| CN109295425B (zh) | Cr/CrN/CrAlSiN/CrAlTiSiN纳米多层梯度膜及其制备方法 | |
| CN108728793B (zh) | 一种强韧耐蚀CrAlN/Cr2AlC多层膜涂层及其制备方法 | |
| CN103252939B (zh) | 氮化铬/氮化硼钛纳米复合多层涂层刀具及其制备方法 | |
| CN103757597B (zh) | 一种TiN/CrAlSiN纳米复合多层涂层及其制备方法 | |
| CN104928638A (zh) | 一种AlCrSiN基多层纳米复合刀具涂层及其制备方法 | |
| CN108251797B (zh) | 一种钛合金切削刀具用TiAlN/CrN多层涂层及其制备方法 | |
| CN110373639B (zh) | 切削工具复合涂层及其制备方法 | |
| CN108468028B (zh) | 一种周期性多层结构AlTiYN/AlCrSiN硬质涂层及其制备方法和应用 | |
| CN107190243A (zh) | 一种TiB2/AlTiN复合涂层及其制备方法与应用 | |
| CN106086886A (zh) | 一种自润滑二硼化钛/类金刚石涂层及其制备方法和应用 | |
| CN1978190A (zh) | 一种纳米多层膜材料及提高多层膜结构高温稳定性的方法 | |
| CN114032502B (zh) | 一种耐磨耐蚀复合层及其制备方法 | |
| CN104029435A (zh) | 一种具有高硬度和低摩擦系数的NbN/WS2多层涂层及其制备方法 | |
| CN103305789A (zh) | 一种CrAlN/ZrO2纳米涂层及其制备方法 | |
| CN103938157A (zh) | 一种ZrNbAlN超晶格涂层及制备方法 | |
| CN104152857B (zh) | 一种高硬度TiAlZrN/CrN纳米多层涂层及其制备方法 | |
| CN102560344A (zh) | 硬质薄膜、具备硬质薄膜的产品及该产品的制作方法 | |
| CN114438445A (zh) | 一种ZrBN涂层及其制备方法 | |
| CN106756833A (zh) | 一种高硬度TiCrN/TiSiN纳米多层结构涂层及其制备方法 | |
| CN111304612A (zh) | 具有高硬度和高抗氧化性能的CrAlN/AlN纳米多层涂层及其制备方法 | |
| CN115627445A (zh) | 一种铝压铸模具抗黏附高熵硼化物复合涂层及其制备方法 | |
| CN115572945A (zh) | 复合涂层及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220506 |