一種超硬復合涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及超硬材料領(lǐng)域，具體為一種超硬復合涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]涂層是涂料一次施涂所得到的固態(tài)連續(xù)膜，是為了防護，絕緣，裝飾等目的，涂布于金屬，織物，塑料等基體上的塑料薄層。涂料可以為氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)，通常根據(jù)需要噴涂的基質(zhì)決定涂料的種類和狀態(tài)。復合涂層采用多種表面處理技術(shù)聯(lián)合應用以提高涂層對基體的防護能力。
[0003]常用的涂層材料有碳化物、氮化物、碳氮化物、氧化物、硼化物、硅化物、金剛石及復合涂層八大類數(shù)十個品種。根據(jù)化學鍵的特征，可將這些涂層材料分成金屬鍵型、共價鍵型和離子鍵型。金屬鍵型涂層材料(如1182、11(:、11隊￥(:、￥(:等)熔點高、脆性低、界面結(jié)合強度高、交互作用趨勢強、多層匹配性好，具有良好的綜合性能，是最普通的涂層材料。共價鍵型涂層材料(如B4C、SiC、BN、金剛石等)硬度高、熱脹系數(shù)低、與基體界面結(jié)合強度差、穩(wěn)定性和多層匹配性差。而離子鍵型材料化學穩(wěn)定性好、脆性大、熱脹系數(shù)大、熔點較低、硬度不太高。
[0004]在這些涂層材料中，用的最多的是11(:、11隊41203、金剛石以及復合涂層。TiC耐磨性好，能有效地提高刀具的抗月牙洼磨損能力，適合于低速切削及磨損嚴重的場合；TiN涂層具有低的摩擦系數(shù)，潤滑性能好，能減少切削熱和切削力，適合于產(chǎn)生融合和磨損的切削；A1203的高溫耐磨性、耐熱性和抗氧化能力比TiC和TiN好，月牙洼磨損率低，適合于高速、大切削熱切削；金剛石涂層硬度和熱導性高，摩擦系數(shù)很低，適合于有色金屬合金的高速切削；而復合涂層綜合幾種涂層材料的特點，目前以雙涂層和三涂層組合居多。
[0005]目前常用的涂層方法是CVD(化學氣相沉積法)和PVD (物理氣相沉積法)，其它方法如等離子噴涂、火焰噴涂、電鍍、溶鹽電解等還存在較大的應用局限性。CVD法是利用金屬鹵化物的蒸氣、氫氣和其它化學成分，在950?1050°C的高溫下，進行分解、熱合等氣、固反應，或利用化學傳輸作用，在加熱基體表面形成固態(tài)沉積層的一種方法。CVD法工藝要求高，而且由于氯的侵蝕及氫脆變形可能導致涂層易碎裂、基體斷面強度下降，涂層硬質(zhì)合金時還易產(chǎn)生脫碳現(xiàn)象而形成η相。近年來，中、低溫CVD法和PCVD法開發(fā)成功，改善了原有CVD工藝。
[0006]PVD法起步晚、發(fā)展快、溫度低(約300?500°C )，優(yōu)點很多，但涂層的均勻性不如CVD法，涂層與基體結(jié)合不太牢固，涂層硬度比較低，涂層優(yōu)越性未得到充分體現(xiàn)。PVD法工藝要求比CVD法高，設(shè)備更復雜，涂層循環(huán)周期長。目前常用的PVD方法有低壓電子束蒸發(fā)(LVEE)法、陰極電子弧沉積法(CAD)、三極管高壓電子束蒸發(fā)法(THVEE)、非平衡磁控濺射法(UMS)、離子束協(xié)助沉積法(IAD)和動力學離子束混合法(D頂)，其主要差別在于沉積材料的氣化方法以及產(chǎn)生等離子體的方法不同而使得成膜速度和膜層質(zhì)量存在差異。
[0007]現(xiàn)有的復合涂層存在一些缺陷，如涂層之間的粘連性差，在使用時易導致涂層邊緣殘余熱應力過大，從而導致涂層出現(xiàn)裂紋、剝落等現(xiàn)象；而且不同涂層之間材料特性變化過渡大，容易進一步導致應力集中，降低了界面的結(jié)合強度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種超硬復合涂層及其制備方法，在超硬母材上分別設(shè)置有多層涂層，防止涂層出現(xiàn)裂紋、剝落現(xiàn)象，增加界面的結(jié)合強度。
[0009]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種超硬復合涂層，其包括，超硬母材1，鈦化物層2，中間層3，氧化鋁層4，表層5，采用CVD (化學氣相沉積法)制成。
[0010]所述超硬母材1表面從內(nèi)到外依次涂植鈦化物層2、中間層3、氧化鋁層4、表層5。
[0011]所述超硬母材1為碳化鎢硬質(zhì)合金。
[0012]所述鈦化物層2厚度為1-20微米。
[0013]所述中間層3為鈦化物復合層，厚度為1-5微米。
[0014]所述氧化鋁層4厚度為1-25微米。
[0015]所述表層5厚度為0.3-3微米。
[0016]—種復合涂層的制備方法，包括以下步驟:
(1)超硬母材1處理階段，以平均粒徑為50-500納米的WC粉為原料粉，以10比3的比例加入ZrC粉、風投粉、TaC粉、NbC粉、Cr3C2粉、錫粉，所述WC粉、ZrC粉、風投粉、TaC粉、NbC粉、Cr3C2粉、錫粉進行球磨混合后，在丙酮溶液內(nèi)洗滌12小時，之后真空干燥24小時，在98mpa的壓力下制成緊湊的形狀，在溫度1370-1470攝氏度范圍內(nèi)真空燒結(jié)1小時，得到形狀不規(guī)則的母材，對母材進行成形、拋光和珩磨，在超硬母材1涂上熱熔型粘結(jié)劑。
[0017](2)鈦化物層2鍍膜階段，使用化學沉積法沉積鈦化物層，按體積比將氯化鈦(TiCl)或者四氯化鈦(TiC14)氣體42%、三氯化硼(BC13)氣體2%_6%、氮氣(N2) 18%通入反應室，其他比例混合氣體為氫氣(H2)，反應室的內(nèi)部溫度為800-820 °C，內(nèi)部壓強為95-105KPa，成膜時間為 30_90m。
[0018](3 )中間層3鍍膜階段，使用化學沉積法沉積鈦化物層，按體積比將氯化鈦(TiCl)或者四氯化鈦(TiC14)氣體42%、三氯化硼(BC13)氣體2%_6%、氮氣(N2) 18%通入反應室，其他比例混合氣體為氫氣(H2)，反應室的內(nèi)部溫度為1080-1120°C，內(nèi)部壓強為12_16KPa，成膜時間為10-30m。
[0019](4)氧化鋁層4鍍膜階段，使用化學沉積法沉積氧化鋁層4，按體積比將氯化鋁(A1C13)氣體5.0%，二氧化碳(C02)氣體和氫氯(HC1)氣體6%，其他比例混合氣體為氫氣(H2)通入反應室，反應室的內(nèi)部溫度為1000-1100°C，內(nèi)部壓強為8-12KPa，成膜時間為30_90mo
[0020](5)表層5鍍膜階段，使用化學沉積法沉積表層5，按體積比將四氯化鈦(TiC14)氣體20-50%，氮氣(N2) 5-10%，其他比例混合氣體為氫氣(H2)通入反應室內(nèi)，反應室的內(nèi)部內(nèi)部溫度為900-980 °C，內(nèi)部壓強為20-40KPa，成膜時間為30_90m。
[0021]本發(fā)明的有益效果
1、本發(fā)明與單涂層相比，使得涂層與基體之間具有更高的結(jié)合強度，能夠有效減小切削摩擦，降低切削力和切削溫度；
2、抑制熱裂紋的產(chǎn)生，有效防止涂料層片狀剝落； 3、復合涂層有杰出的耐高溫硬度、耐熱性和附著力。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明反應塊的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖1中，1-超硬母材，2-鈦化物層，3-中間層，4-氧化鋁層，5-表層。
【具體實施方式】
[0024]針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種超硬復合涂層及其制備方法，在超硬母材上設(shè)