一种高铝含量超致密Al-Cr-Si-N涂层制备工艺

本发明涉及纳米复合涂层及其制备技术，具体地说是一种高铝含量超致密Al‑Cr‑Si‑N纳米复合涂层的制备工艺，采用高功率脉冲磁控溅射技术在金属或合金基体上沉积Al‑Cr‑Si‑N纳米复合涂层。靶材选用Al‑Cr‑Si合金靶（原子比Al:Cr:Si=6:3:1，纯度为99.8 wt.%，尺寸为300×100×5 mm），镀膜前先通入Ar，在‑800 V偏压下起辉高功率脉冲磁控溅射Al‑Cr‑Si靶，对基体表面进行轰击清洗。然后降低偏压至‑30 V，沉积Al‑Cr‑Si过渡层，最后再通入反应气体N2，开始沉积Al‑Cr‑Si‑N涂层。本发明涉及的高铝含量超致密Al‑Cr‑Si‑N纳米复合涂层制备工艺简单，重复性好，并且容易工业化生产；制备出的Al‑Cr‑Si‑N涂层硬度高、韧性好、内应力低、耐磨性能优异，且涂层组织结构极为致密、与基体结合牢固，抗高温氧化能力强。

1.一种高铝含量超致密Al-Cr-Si-N涂层制备工艺，其特征在于：采用高功率脉冲磁控溅射技术在金属或合金基体上沉积Al-Cr-Si-N涂层；Al-Cr-Si-N涂层的成分为：Al 53at.%，Cr 19 at.%，Si 10 at.%，N 18 at.%；该工艺中采用Al-Cr-Si合金靶中Al、Cr、与Si元素的原子比为6：3：1，工艺过程具体如下：先将真空室真空抽至2.0×10^-3 Pa，然后在真空室内通入氩气炼靶，除去Al-Cr-Si合金靶表面氧化膜，工作压强保持在0.6 Pa，不加偏压，开启靶前挡板，高功率脉冲平均输出功率设置为0.8 kW，炼靶20分钟，关闭高功率脉冲电源；然后在真空室内增加氩气流量，对基材表面进行辉光放电清洗，工作压强保持在1.5 Pa，加-800 V偏压，清洗时间10 min；之后开启高功率脉冲磁控溅射电源，平均输出功率为0.8 kW，工作压强0.6 Pa，靶电流1.8 A，电压600 V，脉宽160 μs，频率180 Hz，轰击清洗5 min；之后依次降低偏压至-600、-400、-200V，各轰击2 min，再将偏压降至-30 V，开始沉积Al-Cr-Si过渡层30 min，基材与Al-Cr-Si靶面距离保持在100 mm，沉积温度300℃；随后通入纯度99.999%的反应气体N₂，保持氮氩气流量比N₂/Ar =1:2，沉积温度300 ，利用喉阀将工作压力调至6.0×10^-1 Pa，开始沉积Al-Cr-Si-N涂层，沉积时间根据使用要求确定；所制备的Al-Cr-Si-N涂层的表面光滑致密，无大颗粒，纳米晶粒与晶界均匀分布于涂层表面；所述Al-Cr-Si-N涂层的硬度为30GPa。2.根据权利要求1所述的高铝含量超致密Al-Cr-Si-N涂层制备工艺，其特征在于：该高铝含量超致密Al-Cr-Si-N涂层应用于硬质合金刀具表面。