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(yīng)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(jìn)給速度、高可靠性、長(zhǎng)壽命、高精度和良好的切削控制性方面發(fā)展，對(duì)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、抗氧化性等方面提高的空間不大，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(hù)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(yīng)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(dǎo)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(fù)合硬質(zhì)層和抗氧化層，所述過渡層為鉻層，所述復(fù)合硬質(zhì)層包括依次形成于過渡層上的氮化鉻層、氮化鉿和氮化鑰層，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；于該氮化鉻層上磁控濺射氮化鑰層；于該氮化鑰層上磁控濺射氧化鋁層。所述鉻層對(duì)復(fù)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(fù)合硬質(zhì)層更牢固地結(jié)合到一起。與此同時(shí)所述復(fù)合硬質(zhì)層中依次形成的氮化鉻層、氮化鉿與氮化鑰層的結(jié)合可使復(fù)合硬質(zhì)層更穩(wěn)固，主要是因?yàn)榈t層對(duì)鉻層有較強(qiáng)的附著力，同時(shí)作為外層的氮化鉿和氮化鑰都具有與硬質(zhì)基體較相近的熱膨脹系數(shù)，因此界面處內(nèi)應(yīng)力小，從而使得外層的氮化鉿和氮化鑰層與氮化鉻層的結(jié)合力更強(qiáng)、韌性更高，且位于氮化鉻和氮化鑰之間的氮化鉿層的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都要優(yōu)于其他的硬質(zhì)材料，所以，依次濺射的氮化鉻和氮化鉿層可顯著提高被覆件的硬度和膜層耐脫落性。最后，在該復(fù)合硬質(zhì)層磁控濺射氧化鋁層，其可以給上述的復(fù)合硬質(zhì)層帶來更好的抗氧化性能，從而延長(zhǎng)了、產(chǎn)品的使用壽命。


圖I為本發(fā)明較佳實(shí)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(jī)的俯視示意圖。主要元件符號(hào)說明被覆件10硬質(zhì)基體11過渡層13復(fù)合硬質(zhì)層 15氮化鉻層151氮化鉿層153氮化鑰層155抗氧化層17鍍膜機(jī) 100鍍膜室20軌跡21鉻靶22鉿靶23鑰靶24鋁靶25真空泵30以下為
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明一較佳實(shí)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(fù)合硬質(zhì)層15及抗氧化層17。該過渡層13為絡(luò)層。該復(fù)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、氮化鉿層153和氮化鑰層155。該氮化鉻層151、氮化鉿層153和氮化鑰層155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(shí)施例中，該復(fù)合硬質(zhì)層15的厚度為4 8iim。該硬質(zhì)基體11的材質(zhì)可以為聞速鋼、不鎊鋼等硬質(zhì)金屬。本實(shí)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(duì)該硬質(zhì)基體11進(jìn)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(jìn)行震動(dòng)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(duì)經(jīng)上述處理后的硬質(zhì)基體11的表面進(jìn)行氬氣等離子清洗，進(jìn)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。
請(qǐng)參閱圖2，提供一鍍膜機(jī)100，該鍍膜機(jī)100包括一鍍膜室20及連接于鍍膜室20的一真空泵30，真空泵30用以對(duì)鍍膜室20抽真空。該鍍膜室20內(nèi)設(shè)有轉(zhuǎn)架(未圖示)，在該鍍膜室20側(cè)壁上各安裝鉻靶22、鉿靶23、鑰靶24和鋁靶25，轉(zhuǎn)架帶動(dòng)鋁或鋁合金基體11沿圓形的軌跡21公轉(zhuǎn)，且鋁或鋁合金基體11在沿軌跡21公轉(zhuǎn)時(shí)亦自轉(zhuǎn)。該等離子清洗的具體操作及工藝參數(shù)可為對(duì)該鍍膜室20進(jìn)行抽真空處理至真空度為8. OX 10_3Pa，以300 500sCCm(標(biāo)準(zhǔn)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(duì)硬質(zhì)基體11的表面進(jìn)行物理轟擊，而達(dá)到對(duì)硬質(zhì)基體11表面清洗的目的。所述氬氣等離子清洗的時(shí)間為3 IOmin0在對(duì)硬質(zhì)基體11進(jìn)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13為一鉻層。沉積該過渡層13的時(shí)間為10 30min。于該過渡層13上形成復(fù)合硬質(zhì)層15。首先形成所述復(fù)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(yīng)氣體氮?dú)?，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(shí)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(yīng)氣體氮?dú)?，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?dú)饬髁繛?0 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(shí)間為60 90min。于該氮化鉿層153上形成氮化鑰層155，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，保持氮?dú)饬髁繛?00 200sccm，對(duì)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 ；開啟鑰靶24，設(shè)置其功率為8 13kw，沉積該氮化鑰層155。沉積氮化鑰層155的時(shí)間為40 70min。所述鉻層13對(duì)復(fù)合硬質(zhì)層15起到增強(qiáng)附著的作用。復(fù)合硬質(zhì)層15中作為最外層的氮化鑰155具有與氮化鉿層153較相近的熱膨脹系數(shù)，因此界面處內(nèi)應(yīng)力小，從而使得其與氮化鉿層153的結(jié)合力更強(qiáng)、韌性更高，且氮化153層與氮化鑰155的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性都要優(yōu)于其他的硬質(zhì)材料，所以，依次濺射的氮化鉻151、氮化153和氮化鑰155層可顯著提高被覆件10的硬度。于該復(fù)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(yīng)氣體，設(shè)置氧氣流量為150 200sccm，對(duì)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25，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(shí)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(shí)表面溫度會(huì)升高，通過在被覆件10外表面披覆一層化學(xué)性能非常穩(wěn)定的氧化鋁膜層17，可以保護(hù)披覆件10上的硬質(zhì)涂層不因使用而加劇氧化，因此可以提高被覆件10的使用溫度，延長(zhǎng)了被覆件10的使用壽命。以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)被覆件10的制備方法及被覆件10進(jìn)行說明實(shí)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(shí)間為9分鐘；濺鍍過渡層13 :通入氬氣lOOsccm，于硬質(zhì)基體11上施加的偏壓為-50V，開啟鉻 靶22，設(shè)置其功率為8kw，沉積時(shí)間為lOmin。濺鍍氮化鉻層151 :氬氣流量為lOOsccm，氮?dú)饬髁繛閘Osccm，開啟鉻靶22，設(shè)置其功率為lkw，對(duì)硬質(zhì)基體11施加的偏壓為-100V，沉積20分鐘；濺鍍氮化鉿層153 :氬氣流量為lOOsccm，氮?dú)饬髁繛閘Osccm，開啟鉿靶23，在硬質(zhì)基體11上施加-100V的偏壓，沉積60分鐘。派鍍氮化鑰層155 氣流量為lOOsccm,設(shè)置氮?dú)?0sccm,開啟鑰祀24,在硬質(zhì)基體11上施加-200V的偏壓，沉積40分鐘。濺鍍抗氧化層17 :氬氣流量為150SCCm，氧氣流量為75sCCm，開啟鋁靶25，在硬質(zhì)基體11上施加-100V的偏壓，沉積時(shí)間為50min，在硬質(zhì)基體11上施加-50V的偏壓，沉積時(shí)間為30min。實(shí)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(shí)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(shí)間為20min。濺鍍氮化鉻層151 :通入氬氣lOOsccm，氮?dú)饬髁繛?0sccm，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；濺鍍氮化鉿層153 :氬氣流量為lOOsccm，設(shè)置氮?dú)?0sccm，開啟鉿靶23，在硬質(zhì)基體11上施加-200V的偏壓，沉積70分鐘。派鍍氮化鑰層155 氣流量為lOOsccm,設(shè)置氮?dú)?0sccm,開啟鑰祀24,在硬質(zhì)基體11上施加-200V的偏壓，沉積50分鐘?？寡趸瘜?7 :氬氣流量為150SCCm，氧氣流量為75SCCm，開啟鋁靶25，在硬質(zhì)基體11上施加-100V的偏壓，沉積時(shí)間為50min。實(shí)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(shí)間為9分鐘；濺鍍過渡層13 :氬氣流量為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(shí)間為30min。濺鍍氮化鉻層151 :氬氣流量為lOOsccm，氮?dú)饬髁繛?0sccm，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；濺鍍氮化鉿層153 :氬氣流量為lOOsccm，氮?dú)饬髁繛?0sccm，開啟鉿靶23，在硬質(zhì)基體11上施加-300V的偏壓，沉積90分鐘。派鍍氮化鑰層155 氣流量 為lOOsccm,設(shè)置氮?dú)?0sccm,開啟鑰祀24,在硬質(zhì)基體11上施加-200V的偏壓，沉積70分鐘。抗氧化層17 :氬氣流量為150SCCm，氧氣流量為75sCCm，開啟鋁靶25，在硬質(zhì)基體11上施加-150V的偏壓，沉積時(shí)間為60min。被覆件10的性能測(cè)試(I)硬度測(cè)試，具體測(cè)試方法如下采用MVK-Hll型維氏硬度計(jì)，在載荷為0. 025kg力的作用下，測(cè)試被覆件10的維
氏硬度。結(jié)果表明，由本發(fā)明實(shí)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?？梢?，該被覆件10具有較高的硬度。(2)高溫抗氧化測(cè)試，具體測(cè)試方法如下采用的測(cè)試儀器為管式熱處理爐，測(cè)試條件為升溫速率為10°C /min，熱處理溫度為800°C，保溫時(shí)間為IOh。測(cè)試結(jié)果顯示，由本發(fā)明實(shí)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，包括硬質(zhì)基體，其特征在于該被覆件還包括依次形成于該硬質(zhì)基體上的過渡層、復(fù)合硬質(zhì)層和抗氧化層，所述過渡層為鉻層，所述復(fù)合硬質(zhì)層包括依次形成于過渡層上的氮化鉻層、氮化鉿和氮化鑰層，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(fù)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)為高速鋼或不銹鋼。
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； 于該氮化鉻層上磁控濺射氮化鑰層； 于該氮化鑰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所述氮化鉻層，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?dú)猓瑢?duì)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(shí)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(duì)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?dú)饬髁繛?0 70sccm，濺射時(shí)間為60 90min。
8.如權(quán)利要求7所述的被覆件的制備方法，其特征在于形成該氮化鑰層的工藝參數(shù)為氮?dú)饬髁繛?00 200sccm，對(duì)硬質(zhì)基體施加-50 -100V的偏壓，設(shè)置偏壓的占空比為30% 50%，開啟鑰靶，設(shè)置其功率為8 13kw，沉積氮化鑰層的時(shí)間為40 70min。
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(duì)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(shí)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(fù)合硬質(zhì)層和抗氧化層，該過渡層為鉻層，該復(fù)合硬質(zhì)層為氮化鉻層、氮化鉿和氮化鉬層，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(fù)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(hào)C23C14/16GK102732846SQ20111008674
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者張新倍, 杜艷娜, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士 申請(qǐng)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