專利名稱：被覆件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種被覆件及其制造方法。
背景技術(shù)：
真空鍍膜工藝在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應用，其中，TiN薄膜鍍覆在刀具或模具表面能大幅提高刀具和模具的使用壽命。然而，隨著金屬切削加工朝高切削速度、高進給速度、高可靠性、長壽命、高精度和良好的切削控制性方面發(fā)展，對表面被覆件的性能提出了更高的要求。傳統(tǒng)的單一 TiN被覆件在硬度、韌性等方面已經(jīng)不能滿足要求。 ZrN薄膜由于其硬度與韌性均優(yōu)于TiN薄膜而受到人們的廣泛關(guān)注。但單一的ZrN薄膜在硬度、抗氧化性等方面幾乎已經(jīng)沒有提高的空間，很難滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求。又知，CrN是一種硬質(zhì)薄膜材料，可作為超硬工具材料及表面保護材料。但由于CrN本身的硬度并不算很高(約18GPa)，使其在刀具或模具上的應用受到了限制，另外，上述ZrN或CrN硬質(zhì)薄膜的抗氧化性效果不佳，鍍覆于刀具或模具表面不能起到良好的抗氧化作用，容易導致薄膜的失效。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于此，有必要提供一種既具有高硬度又具有較佳抗氧化性能的被覆件。另外，還提供一種上述被覆件的制造方法。一種被覆件，該被覆件包括硬質(zhì)基體，依次形成于該硬質(zhì)基體上的過渡層、復合硬質(zhì)層和抗氧化層，所述過渡層為鉻層，所述復合硬質(zhì)層包括依次形成于過渡層上的氮化鉻層和氮化鉿層，所述抗氧化層為氧化鋁層。—種被覆件的制造方法，包括以下步驟提供一硬質(zhì)基體；于該硬質(zhì)基體的表面磁控濺射鉻層；于該鉻層上磁控濺射氮化鉻層； 于該氮化鉻層上磁控濺射氮化鉿層；于該氮化鉿層上磁控濺射氧化鋁層。所述鉻層對復合硬質(zhì)層中的氮化鉻層起到附著作用，其可很好地把硬質(zhì)基體和復合硬質(zhì)層更牢固地結(jié)合到一起。與此同時所述復合硬質(zhì)層中依次形成的氮化鉻層與氮化鉿層的結(jié)合可是復合硬質(zhì)層更穩(wěn)固，主要是因為氮化鉻層有較強的附著能力性能，同時作為最外層的氮化鉿具其有與硬質(zhì)基體較相近的熱膨脹系數(shù)，因此界面處內(nèi)應力小，從而使得其與氮化鉻層的結(jié)合力更強、韌性更高，且氮化鉿的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性都要優(yōu)于其他的硬質(zhì)層材料，所以，在被覆件上濺射依次濺射氮化鉻和氮化鉿層可顯著提高了被覆件的硬度和膜層耐脫落性。最后，在該復合硬質(zhì)層磁控濺射氧化鋁層，其可以給上述的復合硬質(zhì)層帶來更好的抗氧化性能，從而延長了產(chǎn)品的使用壽命。附圖 說明圖I為本發(fā)明較佳實施例的被覆件的剖視圖；圖2為制造圖I中被覆件所用真空鍍膜機的俯視示意圖。主要元件符號說明被覆件10硬質(zhì)基體11過渡層13復合硬質(zhì)層 15氮化鉻層151氮化鉿層153抗氧化層17鍍膜機100鍍膜室20真空泵 30軌跡21鉻靶22鋁靶23氣源通道 2具體實施例方式請參閱

圖1，本發(fā)明一較佳實施例的被覆件10包括一硬質(zhì)基體11，及依次形成于該硬質(zhì)基體11上的過渡層13、復合硬質(zhì)層15及抗氧化層17。該過渡層13為鉻層。該復合硬質(zhì)層15包括依次形成于硬質(zhì)基體11上的氮化鉻層151和氮化鉿層153。該氮化鉻層151和氮化鉿層153可通過磁控濺射的方式形成。該抗氧化層17為氧化鋁層。本實施例中，該復合硬質(zhì)層15的厚度為3 7iim。該硬質(zhì)基體11的材質(zhì)可以為高速鋼、硬質(zhì)合金及不銹鋼等硬質(zhì)金屬。本實施例中的被覆件10可為各類切削刀具、精密量具或模具。制作所述被覆件10的方法主要包括如下步驟提供硬質(zhì)基體11。對該硬質(zhì)基體11進行前處理。將所述硬質(zhì)基體11放入盛裝有乙醇或丙酮溶液的超聲波清洗器中進行震動清洗，以除去硬質(zhì)基體11表面的雜質(zhì)和油污。清洗完畢后烘干備用。對經(jīng)上述處理后的硬質(zhì)基體11的表面進行氬氣等離子清洗，進一步去除硬質(zhì)基體11表面的油污，以改善硬質(zhì)基體11表面與后續(xù)涂層的結(jié)合力。提供一鍍膜機100，鍍膜機100包括一鍍膜室20及一用于對該鍍膜室20抽真空的真空泵30，該鍍膜室20內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)架(未圖示)，將硬質(zhì)基體11固定于轉(zhuǎn)架上，轉(zhuǎn)架帶動硬質(zhì)基體11沿圓形軌跡21公轉(zhuǎn)，且硬質(zhì)基體11在沿軌跡21公轉(zhuǎn)時亦自轉(zhuǎn)。在該鍍膜室20側(cè)壁上各安裝鉻靶22、鋁靶23，并且鉻靶22、鋁靶23兩者關(guān)于軌跡21的中心相對稱。在鉻靶22、鋁靶23的兩端設(shè)有氣源通道24，氣體經(jīng)由該氣源通道24吹出轟擊鉻靶22、鋁靶23的表面，以使鉻靶22、鋁靶23表面濺射出粒子。當硬質(zhì)基體11分別通過鉻靶22、鋁靶23時，將鍍上鉻靶22、鋁靶23表面濺射的粒子。該等離子清洗的具體操作及工藝參數(shù)可為對該鍍膜室20進行抽真空處理至真空度為8. OX 10_3Pa，以300 500sCCm(標準狀態(tài)毫升/分鐘)的流量向鍍膜室20內(nèi)通入純度為99. 999%的氬氣(工作氣體)，于硬質(zhì)基體11上施加-300 -800V的偏壓，在所述鍍膜室20中形成高頻電壓，使所述氬氣離子化而產(chǎn)生氬氣等離子體對硬質(zhì)基體11的表面進行物理轟擊，而達到對硬質(zhì)基體11表面清洗的目的。所述氬氣等離子體清洗的時間為3 IOmin0在對硬質(zhì)基體11進行等離子清洗后，于該硬質(zhì)基體11上形成所述過渡層13。形成該過渡層13的具體操作及工藝參數(shù)如下以氬氣為工作氣體，調(diào)節(jié)氬氣流量為100 300sccm，于硬質(zhì)基體11上施加-50 -200V的偏壓，設(shè)置偏壓的占空比為30% 80%，并加熱鍍膜室20至100 150°C，以鉻靶22為靶材，設(shè)置其功率為8 13kw，沉積過渡層13。該過渡層為一鉻層。沉積該過渡層13的時間為10 30min。于該過渡層13上形成復合硬質(zhì)層15。首先形成所述復合硬質(zhì)層15中的氮化鉻層151。形成該氮化鉻層151的具體操作及工藝參數(shù)如下以氬氣為工作氣體，調(diào)節(jié)氬氣流量為100 300sccm，通入流量為10 70sccm的反應氣體氮氣，于硬質(zhì)基體11上施加-50 -200V的偏壓，設(shè)置偏壓的占空比為30% 80%，并加熱鍍膜室20至100 1500C ;開啟鉻靶22，設(shè)置其功率為I 3kw，沉積氮化鉻層151。沉積該氮化鉻層151的時間為10 30min。于該氮化鉻層151上形成氮化鉿層153，具體操作及工藝參數(shù)如下以氬氣為工作氣體，向所述鍍膜室20中通入流量為10 70sccm的反應氣體氮氣，以鉿靶23為靶材，設(shè)置鉿靶23的功率為I 4KW，施加于硬質(zhì)基體11的偏壓為-100 -300V，設(shè)置偏壓的占空比為30% 80%，氮氣流量為10 70SCCm，濺射溫度為100 200°C，沉積所述氮化鉿層153。沉積該氮化鉿層153的時間為60 90min。所述鉻層13對復合硬質(zhì)層15中的氮化鉻層153起到增強附著的作用。復合硬質(zhì)層15中作為最外層的氮化155具有與硬質(zhì)基體11較相近的熱膨脹系數(shù)，因此界面處內(nèi)應力小，從而使得其與氮化鉻層153的結(jié)合力更強、韌性更高,且氮化155的熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性都要優(yōu)于其他的硬質(zhì)層材料，所以，在被覆件10上依次濺射氮化鉻153和氮化155層可顯著提高被覆件10的硬度。于該復合硬質(zhì)層15上形成抗氧化層17，其具體操作及工藝參數(shù)如下以氬氣為工作氣體，設(shè)置氬氣流量為100 200SCCm，以氧氣為反應氣體，設(shè)置氧氣流量為150 200sccm，對硬質(zhì)基體11施加-50 -100V的偏壓，設(shè)置偏壓的占空比為30% 50%，并加熱鍍膜室至100 150°C;開啟鋁靶22，設(shè)置其功率為8 13kw，沉積氧化鋁層17。沉積氧化鋁層17的時間為30 60min?？刂蒲趸X層17的厚度為0. 5 I. 0 y m。被覆件10在加工使用時會產(chǎn)生高溫，通過在被覆件10外表面披覆一層化學性能非常穩(wěn)定的氧化鋁膜層17，可以保護披覆件10上的硬質(zhì)涂層不被因使用而加劇氧化。因此可以提高被覆件10的使用溫度并帶來更好的抗氧化性能，延長了被覆件10的使用壽命。、
以下結(jié)合具體實施例對被覆件10的制備方法及被覆件10進行說明實施例I等離子清洗氬氣流量為280SCCm，硬質(zhì)基體11的偏壓為-300V，等離子清洗的時間為9分鐘；濺鍍過渡層13 :通入氬氣lOOsccm，于硬質(zhì)基體11上施加的偏壓-50V，開啟鉻靶22，設(shè)置其功率為8kw，沉積時間為lOmin。濺鍍氮化鉻層151 :通入氬氣lOOsccm，氮氣流量為lOsccm，開啟鉻靶22，設(shè)置其功 率為lkw，對硬質(zhì)基體11施加的偏壓為-100V，沉積20分鐘；派鍍氮化鉿層153 :通入気氣lOOsccm,氮氣流量為IOsccm,開啟鉿祀23在硬質(zhì)基體11上施加-100V的偏壓，沉積60分鐘。濺鍍抗氧化層17 :以氬氣為工作氣體，其流量為150SCCm，以氧氣為反應氣體，設(shè)置氧氣的流量為50SCCm，在硬質(zhì)基體11上施加-50V的偏壓，沉積時間為30min。實施例2等離子清洗氬氣流量為280SCCm，硬質(zhì)基體11的偏壓為-300V，等離子清洗的時間為9分鐘；濺鍍過渡層13 :通入氬氣lOOsccm，于硬質(zhì)基體11上施加的偏壓-100V，開啟鉻靶22，設(shè)置其功率為10kw，沉積時間為20min。濺鍍氮化鉻層151 :通入氬氣lOOsccm，氮氣流量為40sccm，開啟鉻靶22，設(shè)置其功率為2kw，設(shè)置硬質(zhì)基體11的偏壓為-150V，沉積25分鐘；派鍍氮化鉿層153 ,通入気氣lOOsccm,設(shè)置氮氣40sccm,開啟鉿祀23在硬質(zhì)基體11上施加-200V的偏壓，沉積70分鐘?？寡趸瘜?7 :以IS氣為工作氣體,其流量為150sccm,以氧氣為反應氣體,設(shè)置氧氣的流量為lOOsccm，在硬質(zhì)基體11上施加-100V的偏壓，沉積時間為50min。實施例3等離子清洗氬氣流量為280SCCm，硬質(zhì)基體11的偏壓為-300V，等離子清洗的時間為9分鐘；濺鍍過渡層13 :通入氬氣lOOsccm，于硬質(zhì)基體11上施加的偏壓-100V，開啟鉻靶22，設(shè)置其功率為13kw，沉積時間為30min。濺鍍氮化鉻層151 :通入氬氣lOOsccm，氮氣流量為70sccm，開啟鉻靶22，設(shè)置其功率為3kw，設(shè)置硬質(zhì)基體11的偏壓為-300V，沉積30分鐘；派鍍氮化鉿層153 :通入気氣lOOsccm,氮氣流量為70sccm,開啟鉿祀23在硬質(zhì)基體11上施加-300V的偏壓，沉積90分鐘?？寡趸瘜?7 :以IS氣為工作氣體,其流量為150sccm,以氧氣為反應氣體,設(shè)置氧氣的流量分別為75SCCm，在硬質(zhì)基體11上施加-150V的偏壓，沉積時間為60min。被覆件10的性能測試(I)硬度測試，具體測試方法如下采用MVK-Hll型維氏硬度計，在載荷為0. 025kg力的作用下，測試被覆件10的維
氏硬度。結(jié)果表明，由本發(fā)明實施例I至3所制造的被覆件10的維氏硬度分別為621HV、630HV及634HV。可見，該被覆件10具有較高的硬度。(2)高溫抗氧化測試，具體測試方法如下采用的測試儀器為管式熱處理爐，測試條件為升溫速率為10°C /min，熱處理溫度為800°C，保溫時間為IOh。測試結(jié)果顯示，由本發(fā)明實施例I至3所制備的被覆件10經(jīng)800°C熱處理IOh后均未見氧化、脫落等不良。權(quán)利要求
1.一種被覆件，其特征在于該被覆件包括硬質(zhì)基體，依次形成于該硬質(zhì)基體上的過渡層、復合硬質(zhì)層和抗氧化層，所述過渡層為鉻層，所述復合硬質(zhì)層包括依次形成于過渡層上的氮化鉻層和氮化鉿層，所述抗氧化層為氧化鋁層。
2.如權(quán)利要求I所述的被覆件，其特征在于該復合硬質(zhì)層的厚度為3 7pm。
3.如權(quán)利要求I所述的被覆件，其特征在于該硬質(zhì)基體的材質(zhì)為高速鋼和不銹鋼。
4.一種被覆件的制備方法，包括以下步驟 提供一硬質(zhì)基體； 于該硬質(zhì)基體的表面磁控濺射鉻層； 于該鉻層上磁控濺射氮化鉻層； 于該氮化鉻層上磁控濺射氮化鉿層； 于該氮化鉿層上磁控濺射氧化鋁層。
5.如權(quán)利要求4所述的被覆件的制備方法，其特征在于磁控濺射氮化鉻層，以氬氣為工作氣體，調(diào)節(jié)氬氣流量為100 300sccm，通入流量為10 70sccm的氮氣，對硬質(zhì)基體施加偏壓-50 -200V，設(shè)置偏壓的占空比為30% 80%，開啟鉻靶材，設(shè)置其功率為I 3kw。
6.如權(quán)利要求5所述的被覆件的制備方法，其特征在于磁控濺射所述氮化鉻層的時間為20 30min。
7.如權(quán)利要求4所述的被覆件的制備方法，其特征在于形成該氮化鉿層的工藝參數(shù)為以鉿靶為靶材，設(shè)置鉿靶的功率為I 4KW，對硬質(zhì)基體施加偏壓為-100 -300V，設(shè)置偏壓的占空比為30% 80%，氮氣流量為10 70sccm。
8.如權(quán)利要求7所述的被覆件的制備方法，其特征在于磁控濺射所述氮化鉿層的時間為60 90min。
9.如權(quán)利要求4所述的被覆件的制備方法，其特征在于磁控濺射氧化鋁層的工藝設(shè)置氬氣流量為100 200sccm，設(shè)置氧氣流量為150 200sccm，對硬質(zhì)基體施加-50 -100V的偏壓，設(shè)置偏壓的占空比為30% 50%，選擇鋁為靶材，設(shè)置其功率為8 13kw,沉積時間為30 60min。
全文摘要
本發(fā)明提供一種被覆件，該被覆件包括硬質(zhì)基體、依次形成于該硬質(zhì)基體上的過渡層、復合硬質(zhì)層和抗氧化層，該過渡層為鉻層，該復合硬質(zhì)層氮化鉻層和氮化鉿層，該抗氧化層為氧化鋁層。另外，本發(fā)明還提供了所述被覆件的制造方法，包括以下步驟提供硬質(zhì)基體；于該硬質(zhì)基體上磁控濺射依次形成過渡層、復合硬質(zhì)層和抗氧化層。利用上述方法制備的被覆件既具有高硬度又具有較佳抗氧化性能。
文檔編號C23C14/06GK102634760SQ201110044278
公開日2012年8月15日 申請日期2011年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月15日
發(fā)明者張新倍, 杜艷娜, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司