鍍膜件及其制備方法

專利名稱：鍍膜件及其制備方法
鍍膜件及其制備方法 術領域本發明涉及一種鍍膜件及其制備方法。
背景技術：
過渡金屬氮化物、碳化物和碳氮化物具有高硬度、高抗磨損性能和良好的化學穩定性等優異性能。因此，通常將過渡金屬氮化物、碳化物和碳氮化物以薄膜的形式鍍覆在刀具或模具表面形成硬質涂層，以此來提高刀具和模具的使用壽命。但是該類金屬氮化物薄膜在溫度大于70(TC時，硬度往往會降低，而對于切削刀具，往往要求硬質涂層在高的溫度下也能保持其硬度和耐磨性。中國專利申請200880022837. 9揭示，在金屬氮化物膜系中引入貴金屬Ru，Ru能溶
解于金屬氮化物晶格中并有效提高硬質涂層的失效溫度。但是在鍍膜件的制備過程中，由于膜層與基體間的熱膨脹系數相差較大，且不同膜層的成份和晶體結構有明顯的變化，膜層間存在不可避免的熱應力及晶格匹配所帶來的內應力，這些應力在鍍膜件制備完成后往往不能消除，使得膜層與基體間的結合力較差，薄膜在使用過程中容易發生剝離，從而影響了此類鍍膜件的使用壽命及其應用范圍。

發明內容
有鑒于此，有必要提供一種有效解決上述問題的鍍膜件。另外，還有必要提供一種制備上述鍍膜件的方法。—種鍍膜件，包括基材、形成于基材表面的打底層、形成于打底層表面的過渡層及形成于過渡層表面的硬質層，該打底層為Al、Ti、Cr或&層；該過渡層為AtXyMez(CvNh) 層，其中 0. 4 彡 t 彡 0. 8,0. 35 彡 y 彡 0. 65,0. 05 彡 ζ 彡 0. 08，0. 75 ( (t+y+z) ( 1. 05， 0. 75彡ν彡1. 0，其中A為打底層中的金屬Al、Ti、Cr或&，X為W或Mo，Me為Rh或Pd ；該硬質層為 XnMeJCkNpk)層，其中 0. 35 ^ η ^ 0. 65,0. 05 ^ g ^ 0. 08,0. 40 ^ (n+g) ^ 0. 71, 0.70彡k彡1.0，其中X為過渡層中的金屬W或Mo，Me為過渡層中的金屬Rh或Pd。一種鍍膜件的制備方法，其包括如下步驟提供一基材；在該基材表面形成打底層，該打底層為Al、Ti、Cr或&層；在打底層的表面形成過渡層，該過渡層為AtXyMez(CvNh)層，其中0. 4 < t < 0. 8， 0. 35 ^ y ^ 0. 65，0. 05 彡 ζ 彡 0. 08，0. 75 ( (t+y+z) ( 1. 05，0. 75 ^ ν ^ 1. 0，其中 A 為打底層中的金屬Al、Ti、Cr或&，X為W或Mo，Me為Rh或Pd ；在過渡層的表面形成硬質層，該硬質層為XnMeg(CkN1^t)層，其中0. 35 < η < 0. 65， 0. 05彡g彡0.08，0.40彡(n+g) ^ 0.71,0. 70 ^ k ^ 1. 0，其中X為過渡層中的金屬W或 Mo, Me為過渡層中的金屬Rh或Pd。相較于現有技術，所述的鍍膜件在基材的表面沉積金屬作為打底層，再在打底層的表面沉積過渡層，再在過渡層的表面沉積硬質層，膜系逐層過渡較好，膜層內部沒有明顯的應力產生，這樣在施加外力的情況下，所鍍的膜層不會因為內部的應力缺陷而導致其失效；且在過渡層和硬質層中引入了 Rh或Pd，Rh,Pd可溶于過渡層和硬質層中的金屬碳氮化物晶格中，在高溫狀態下金屬碳氮化物發生晶型轉變，晶格發生畸變而產生畸變應力從而對過渡層和硬質層的硬度起到強化作用，從而可有效提高了過渡層和硬質層的熱硬度及高溫下的耐磨性，相應地提高了所述鍍膜件的使用壽命和使用溫度范圍。


圖1為本發明一較 佳實施例鍍膜件的剖視圖。主要元件符號說明鍍膜件10基材11打底層13過渡層15硬質層1具體實施例方式請參閱圖1，本發明一較佳實施方式的鍍膜件10包括基材11、形成于基材11表面的打底層13、形成于打底層13表面的過渡層15及形成于過渡層15表面的硬質層17。該基材11可為鋁合金、鎂合金、鈦合金或不銹鋼。該打底層13可以磁控濺射的方式形成。該打底層13可為Al (鋁)、Ti (鈦)、 Cr (鉻)或&(鋯)層。該打底層13的厚度可為100 200nm。該過渡層15可以磁控濺射的方式形成。該過渡層15為AtXyMez(CvNh)層，其中0. 4 ^ t ^ 0. 8,0. 35 ^ y ^ 0. 65，0. 05 彡 ζ 彡 0. 08，0. 75 ( (t+y+z) ( 1. 05，0. 75 ^ ν ^ 1. 0，其中A可為所述打底層13中的金屬Al、Ti、Cr或&，X可為W(鎢)或Mo (鉬)， Me可為Rh (銠)或Pd (鈀)。該過渡層15的厚度可為100 300nm。該硬質層17可以磁控濺射的方式形成。該硬質層17為XnMeg(CkNhk)層，其中0. 35 彡 η 彡 0. 65，0. 05 彡 g 彡 0. 08，0. 40 ^ (n+g) ^ 0. 71,0. 70 彡 k 彡 1. 0，其中X可為所述過渡層15中的金屬W或Mo，Me可為所述過渡層15中的金屬Rh 或Pd。該硬質層17的厚度可為300 600nm。本發明一較佳實施方式的鍍膜件10的制備方法，其包括以下步驟(a)提供一基材11，該基材11可為鋁合金、鎂合金、鈦合金或不銹鋼。(b)將基材11放入無水乙醇中進行超聲波清洗，以去除基材11表面的污漬，清洗時間可為5 IOmin。(c)對經上述處 理后的基材11的表面進行氬氣等離子體清洗，以進一步去除基材 11表面的油污，以及改善基材11表面與后續涂層的結合力。該等離子體清洗的具體操作及工藝參數可為將基材11放入一磁控濺射鍍膜機(圖未示)的鍍膜室內，將該鍍膜室抽真空至3. OX 10_5Torr，然后向鍍膜室內通入流量為50 400sCCm(標準狀態毫升/分鐘)的氬氣(純度為99. 999%),并施加-300 -600V的偏壓于基材11，對基材11表面進行氬氣等離子體清洗，清洗時間為5 lOmin。(d)采用磁控濺射法在經氬氣等離子體清洗后的基材11上濺鍍一打底層13，該打底層13可為Al、Ti、Cr或&層。濺鍍該打底層13在所述磁控濺射鍍膜機中進行。使用鋁靶、鈦靶、鉻靶或鋯靶中的一種為靶材，以氬氣為工作氣體，氬氣流量可為100 300sCCm。 濺鍍時對基材施加-100 -200V的偏壓，并加熱所述鍍膜室使基材11的溫度為200 500°C，鍍膜時間可為10 30min。該打底層13的厚度可為100 200nm。(e)繼續采用磁控濺射法在所述打底層13的表面濺鍍一過渡層15。該過渡層 15 為 AtXyMez(CvNh)層，其中 0. 4 彡 t 彡 0. 8，0. 35 彡 y 彡 0. 65，0. 05 彡 ζ 彡 0. 08， 0. 75 ( (t+y+z) ( 1. 05，0. 75 ^ ν ^ 1. 0，其中A可為所述打底層13中的金屬Al、Ti、Cr或 &，X可為W或Mo，Me可為Rh或Pd。濺鍍該過渡層15使用鎢靶與鉬靶中的一種、銠靶與鈀靶中的一種以及步驟(d)中使用的金屬靶，以氨氣和乙炔為反應氣體，氨氣流量可為50 200sccm,乙炔流量可為30 200sccm，以氬氣為工作氣體，氬氣流量可為100 300sccm， 鍍膜時間可為30 60min。該過渡層15的厚度可為100 300nm。(f)繼續采用磁控濺射法在所述過渡層15的表面濺鍍一硬質層17。該硬質層 17 為 XnMeg(CkK—k)層，其中 0. 35 彡 η 彡 0. 65,0. 05 彡 g 彡 0. 08,0. 40 彡(n+g)彡 0. 71， 0. 70彡k彡1. 0，其中X可為所述過渡層15中的金屬W或Mo，Me可為所述過渡層15中的金屬Rh或Pd。濺鍍該硬質層17使用步驟(e)中使用的鎢靶與鉬靶中的一種、銠靶與鈀靶中的一種，以氨氣和乙炔為反應氣體，氨氣流量可為50 200sCCm，乙炔流量可為30 200sccm,以氬氣為工作氣體，氬氣流量可為100 300sccm，鍍膜時間可為30 60min。該硬質層17的厚度可為500 700nm。本發明較佳實施方式鍍膜件10在基材11的表面沉積金屬作為打底層13，再在打底層13的表面沉積過渡層15，再在過渡層15的表面沉積硬質層17，膜系逐層過渡較好，膜層內部沒有明顯的應力產生，這樣在施加外力的情況下，所鍍的膜層不會因為內部的應力缺陷而導致其失效；且在過渡層15和硬質層17中引入了 Rh或Pd，Rh、Pd可溶于過渡層15 和硬質層17中的金屬碳氮化物晶格中，在高溫狀態下金屬碳氮化物發生晶型轉變，晶格發生畸變而產生畸變應力從而對過渡層15和硬質層17的硬度起到強化作用，從而有效提高了過渡層15和硬質層17的熱硬度及高溫下的耐磨性，相應地提高了所述鍍膜件10的使用壽命和使用溫度范圍。
權利要求
1.一種鍍膜件，包括基材，其特征在于該鍍膜件還包括形成于基材表面的打底層、形成于打底層表面的過渡層及形成于過渡層表面的硬質層，該打底層為Al、Ti、Cr或&層； 該過渡層為AtXyMez(CvNh)層，其中0. 4彡t彡0. 8，0. 35彡y彡0. 65，0. 05彡ζ彡0. 08， 0. 75 ^ (t+y+z) ( 1. 05,0. 75 ^ ν ^ 1. 0，其中 A 為打底層中的金屬 Al、Ti、Cr 或&，Χ 為 W 或Mo，Me為Rh或Pd ；該硬質層為XnMeg (CkN1J層，其中0.35彡η彡0.65，0.05彡g彡0. 08， 0.40彡(n+g) ^0.71,0. 70 ^ k ^ 1. 0，其中X為過渡層中的金屬W或Mo，Me為過渡層中的金屬Rh或Pd。
2.如權利要求1所述的鍍膜件，其特征在于所述基材為鋁合金、鎂合金、鈦合金或不銹鋼。
3.如權利要求1所述的鍍膜件，其特征在于該打底層以磁控濺射的方式形成，該打底層的厚度為100 200nm。
4.如權利要求1所述的鍍膜件，其特征在于該過渡層以磁控濺射的方式形成，該過渡層的厚度為100 300nm。
5.如權利要求1所述的鍍膜件，其特征在于該硬質層以磁控濺射的方式形成，該硬質層的厚度為300 600nm。
6.一種鍍膜件的制備方法，其包括如下步驟提供一基材；在該基材表面形成打底層，該打底層為Al、Ti、Cr或&層；在打底層的表面形成過渡層，該過渡層為AtXyMez(CvNh)層，其中0.4 < t < 0.8， 0. 35 ^ y ^ 0. 65,0. 05 彡 ζ 彡 0. 08,0. 75 彡(t+y+z)彡 1. 05,0. 75 ^ ν ^ 1. 0，其中 A 為打底層中的金屬Al、Ti、Cr或&，X為W或Mo，Me為Rh或Pd ；在過渡層的表面形成硬質層，該硬質層為XnMeg(CkN1^t)層，其中0.35 < η < 0. 65， 0. 05彡g彡0.08，0.40彡(n+g)彡0. 71，0. 70彡k彡1. 0，其中X為過渡層中的金屬W或 Mo, Me為過渡層中的金屬Rh或Pd。
7.如權利要求6所述的鍍膜件的制備方法，其特征在于所述形成打底層的步驟采用如下方式實現采用磁控濺射法，使用鋁靶、鈦靶、鉻靶、鋯靶中的一種為靶材，以氬氣為工作氣體，氬氣流量為100 300SCCm，基材偏壓為-100 -200V，加熱使基材的溫度為200 500°C，鍍膜時間為10 30min。
8.如權利要求6所述的鍍膜件的制備方法，其特征在于所述形成過渡層的步驟采用如下方式實現采用磁控濺射法，使用鋁靶、鈦靶、鉻靶、鋯靶中的一種、鎢靶與鉬靶中的一種以及銠靶與鈀靶中的一種為靶材，以氨氣和乙炔為反應氣體，氨氣流量為50 200sCCm， 乙炔流量為30 200sccm，以氬氣為工作氣體，氬氣流量為100 300sccm，基材偏壓為-100 -200V，加熱使基材的溫度為200 500°C，鍍膜時間為30 40min。
9.如權利要求6所述的鍍膜件的制備方法，其特征在于所述形成硬質層的步驟采用如下方式實現采用磁控濺射法，使用鎢靶與鉬靶中的一種及銠靶與鈀靶中的一種為靶材， 以氨氣和乙炔為反應氣體，氨氣流量為50 200SCCm，乙炔流量為30 200sCCm，以氬氣為工作氣體，氬氣流量為100 300SCCm，基材偏壓為-100 -200V，加熱使基材的溫度為 200 500°C，鍍膜時間為30 60min。
全文摘要
本發明提供一種鍍膜件，包括基材、形成于基材表面的打底層、形成于打底層表面的過渡層及形成于過渡層表面的硬質層，該打底層為Al、Ti、Cr或Zr層；該過渡層為AtXyMez(CvN1-v)層，其中A為打底層中的金屬Al、Ti、Cr或Zr，X為W或Mo，Me為Rh或Pd；該硬質層為XnMeg(CkN1-k)層，其中X為過渡層中的金屬W或Mo，Me為過渡層中的金屬Rh或Pd。本發明鍍膜件所鍍膜系逐層過渡較好，膜層內部沒有明顯的應力產生，此外過渡層和硬質層中引入了Rh或Pd，在高溫狀態可對膜層的硬度起強化作用，相應地提高了鍍膜件的使用壽命和使用溫度范圍。另外，本發明還提供該種鍍膜件的制備方法。
文檔編號C23C14/35GK102443772SQ20101029820
公開日2012年5月9日 申請日期2010年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者張新倍, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士, 黃嘉 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司