一种高硬度AlCrN纳米复合涂层及其制备工艺

本发明涉及一种纳米复合涂层及其制备技术，具体地说是一种具有高Al含量的AlCrN纳米复合涂层的制备工艺。采用电弧离子镀技术在金属或硬质合金基体上制备AlCrN纳米复合涂层。选用纯金属Al和Cr作为靶材，通过控制Al靶和Cr靶的电流，调控涂层中Al和Cr元素的含量。纯Cr靶和Al靶各4个，相间地均匀分布在炉体内壁上。镀膜前先通入Ar气，采用‑600~1000 V偏压，对基片进行辉光清洗10~20 min，随后开启Cr靶，对基体进行轰击清洗，并逐渐降低偏压至‑30~100V，沉积金属Cr层。最后再通入N，开启Al靶，沉积AlCrN涂层。本发明涉及的AlCrN纳米复合涂层制备工艺简单，容易工业化生产；制备出的AlCrN涂层具有很高的硬度和强度，良好的耐高温氧化性能和耐蚀性能。

1.一种具有高硬度、高抗氧化性能的AlCrN涂层，其特征在于AlCrN涂层与基体之间有
一层10~300 nm厚的纯Cr金属层和10~300 nm的CrN层，以提高涂层与基体之间的结合力；
AlCrN涂层总厚度为2~10 μm。
2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于：AlCrN层中Al含量为25~40 at.%, Cr含量
为15~25 at.%, N含量为45~50 at.%；其中Al/(Al+Cr)= 0.5~0.75。
3.根据权利要求1所述的AlCrN涂层，其特征在于：所述AlCrN涂层为面心立方结构的
（Al，Cr）N相，衍射峰位于fcc-CrN和fcc-AlN衍射峰的中间，但离fcc-AlN衍射峰更近一些。
4.根据权利要求1所述的AlCrN涂层的制备工艺，其特征在于：采用国产AIP-650型电弧
离子镀膜仪在高速钢和硬质合金上沉积具有高硬度、高抗氧化性能的AlCrN涂层，硬度高达
30~40 GPa。
5.按照权利要求2所述的AlCrN涂层的制备工艺，其特征在于：基体材料经过除油和干
燥预处理后，放在可同时自转和公转的转架上，公转速度为5~40 r/min，靶基距约为150
mm。
6.按照权利要求2所述的AlCrN涂层的制备工艺，其特征在于：采用机械泵和分子泵抽
真空；当真空室气压优于1×10^-3 Pa时，打开加热系统将炉腔加热至200~500 ºC；随后，开启
Ar气流量阀，气流量为50~200 sccm，调整节流阀使真空室压强为0.1~2 Pa，基片加-600~
1000 V负偏压，辉光清洗10~20 min；开启4个纯Cr靶，靶材电流均为50~150 A，对基体进行
轰击清洗5~30 min；降低偏压至-10~100 V，调节真空压强，沉积纯Cr金属层约5~20 min；通
入N₂沉积5~20 min，获得CrN过渡层。
7.按照权利要求2所述的AlCrN涂层的制备工艺，其特征在于：沉积AlCrN涂层时，N₂和Ar
气流量分别为50~200 sccm，调整节流阀使真空室压强为0.3~2 Pa，控制N₂/Ar比在0.5~3之
间；同时开启4个纯Al靶和纯Cr靶，电流均为50~150 A，沉积AlCrN涂层，时间为30~120 min。