一种高Al含量的AlTiN复合涂层及制备方法

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Al含量的AlTiN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AlTiN纳米复合涂层。为更好地调控涂层中Al元素和Ti元素的含量，选用纯金属Al和Ti（纯度均为99.9 wt.%，直径均为80 mm）作为靶材。纯Ti靶和Al靶各4个，相间地均匀分布在炉体内壁上，提高镀膜均匀性。镀膜前先通入Ar气，开启Ti靶，并对基体表面进行轰击清洗10~30 min，然后沉积金属Ti过渡层，最后再通入反应气体N，将Ti和Al靶同时起辉，沉积AlTiN涂层。本发明涉及的AlTiN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AlTiN涂层具有较高的硬度和强度，良好的耐高温氧化性能和耐蚀性能，组织结构致密、涂层与基体间的结合力强。

1.一种高Al含量的AlTiN涂层，其特征在于：AlTiN涂层与基体之间有一层10~300 nm厚
的纯Ti金属层，以提高涂层与基体之间的结合力，涂层总的厚度为2~10 μm。
2.根据权利要求1所述的涂层，其特征在于：Al含量为25~35 at.%, Ti含量为15~20
at.%, N含量为45~55 at.%，其中Al/(Al+Ti)= 0.55~0.7。
3.根据权利要求1所述的AlTiN涂层，其特征在于：所述AlTiN涂层为面心立方结构的
（Al，T i）N相，涂层的衍射峰位于TiN和AlN相衍射峰的中间，但离AlN相衍射峰更近一些。
4.根据权利要求1所述的AlTiN涂层的制备工艺，其特征在于：采用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、高耐蚀性能的AlTiN涂层。
5.按照权利要求2所述的AlTiN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，放入正对靶材的转架上，转架可以同时自转和公转，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AlTiN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。
7.按照权利要求2所述的AlTiN涂层的制备工艺，其特征在于：真空室温度达到200~500
ºC后，打开Ar气流量阀，气流量为50~ 150 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，开启4个纯Ti靶，靶材电流均为50~150 A，对基体进行辉光溅射清
洗10~30 min。
8.按照权利要求2所述的AlTiN涂层的制备工艺，其特征在于：沉积纯Ti金属层，负偏压
为-10~200 V，真空室压强为0.1~2 Pa，仅开启4个纯Ti靶，时间约5~20 min。
9.按照权利要求2所述的AlTiN涂层的制备工艺，其特征在于：沉积AlTiN涂层时，N₂和Ar
气流量为50~150 sccm，调整节流阀使真空室压强为0.5~3 Pa，控制N₂/Ar比在0.5~1.5之
间；同时开启4个纯Al靶和纯Ti靶，电流均为50~150 A，沉积AlTiN涂层，时间为30~120 min。