專利名稱：鍍膜件及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種鍍膜件及其制備方法，尤其涉及一種具有硬質涂層的鍍膜件及該鍍膜件的制備方法。
背景技術：
硬質或超硬涂層一直是國內外研究的重要課題，其主要應用是作為刀模具的保護改性涂層，以減少刀模具與工件間的擴散和化學反應，提高刀模具的耐磨性和切削硬度。該硬質或超硬涂層通常以物理或化學氣相沉積的方法制成?，F(xiàn)有的應用較多的硬質或超硬涂層主要是TiN、TiC、TiAlN、TiCN等涂層。相對來講，TiAlN、TiCN等涂層在硬度及耐磨性能方面均優(yōu)于TiN、TiC等涂層。隨著汽車、航空、航天、重機等工業(yè)的發(fā)展，以及數(shù)控機床的迅速普及，高速加工、干式切削已成為目前切削加工的發(fā)展趨勢，而所述的TiAIN、TiCN涂層也已難以滿足現(xiàn)代化工業(yè)對刀模具更好性能的要求。

發(fā)明內容
鑒于此，有必要提供一種具有更高硬度及耐磨性能的涂層的鍍膜件。另外，還有必要提供一種上述鍍膜件的制備方法。一種鍍膜件，其包括金屬基體及形成于金屬基體表面的硬質層，該硬質層為一氮化鉻-氮化硅的復合膜層?！N鍍膜件的制備方法，其包括如下步驟提供一金屬基體；采用真空濺鍍法在該金屬基體上濺鍍硬質層，該硬質層為氮化鉻-氮化硅的復合膜層；濺鍍該硬質層同時開啟鉻靶和硅靶，以氮氣為反應氣體，鉻靶的電源功率為1-2KW， 硅靶的電源功率為10-12KW。相較于現(xiàn)有技術，所述的硬質層為氮化鉻-氮化硅的復合膜層，由于氮化硅的硬度較高，而氮化鉻復合于氮化硅中可起到位錯運動的效應，因此使得該硬質層具有更高的硬度及更好的耐磨性。


圖1是本發(fā)明--較佳實施方式的鍍膜件的剖視示意圖。
圖2是本發(fā)明--較佳實施方式的真空濺鍍機的示意圖。
主要元件符號說明
鍍膜件10
金屬基體11
過渡層13
硬質層15
真空濺鍍機20鍍膜室21鉻靶23硅靶2具體實施例方式請參閱圖1，本發(fā)明一較佳實施方式的鍍膜件10包括金屬基體11及形成于金屬基體11上的硬質層15。金屬基體11的材質可為鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、不銹鋼、硬質合金等。硬質層15為一氮化鉻(CrN)-氮化硅(SiN)的復合膜層，其可以真空濺鍍法形成， 如磁控濺射鍍膜法。該CrN-SiN的復合膜層中Cr的原子百分含量(at. % )為10-lfet. %， Si 為 30-40at. %，N 為 45_60at. %。該硬質層 15 的厚度為 0. 8-1. 5 μ m。該硬質層15中主要含有SiN相，該SiN相在該硬質層15中為非晶態(tài)結構，其使得硬質層15具有較高的硬度；該硬質層15中還含有CrN相，該CrN相在該硬質層15中為晶態(tài)結構。CrN晶粒均勻分散或鑲嵌于SiN相中，該鑲嵌的CrN晶?？善鸬轿诲e運動的效應， 可進一步提高硬質層15的硬度及耐磨性。另外，由于物理氣相沉積的膜層在其晶界處通常存在微小孔洞，該微小孔洞很容易成為腐蝕性介質侵入的“通道”，而腐蝕基底。因此，當金屬基體11的材質為耐腐蝕性能較差的鋁、鋁合金、鎂或鎂合金時，所述的鑲嵌于SiN相中的CrN晶粒成為腐蝕性介質侵入硬質層15的“通道”中的阻礙物而阻擋腐蝕性介質的進入，從而還提高了金屬基體11的耐腐蝕性能?？梢岳斫獾?，可在金屬基體11與硬質層15之間設置一過渡層13，以提高硬質層 15于金屬基體11的附著力。該過渡層13可為一金屬鉻層。所述的鍍膜件10可為交通運輸、航空、航天、重機等領域所需要用到的任意的刀模具。本發(fā)明一較佳實施方式的鍍膜件10的制備方法包括如下步驟提供一金屬基體11，并對該金屬基體11進行前處理。該前處理可包括以下步驟依次用去離子水及無水乙醇對金屬基體11表面進行擦拭。將金屬基體11放入盛裝有丙酮溶液的超聲波清洗器中進行超聲波清洗，以除去金屬基體11表面的雜質和油污等。對經(jīng)超聲波清洗后的金屬基體11的表面進行等離子清洗，以進一步去除金屬基體11表面的臟污，以及改善金屬基體11表面與后續(xù)鍍層的結合力。請參閱圖2，將金屬基體11放入一真空濺鍍機20的鍍膜室21中，裝入鉻靶23及硅靶25，抽真空該鍍膜室21至本底真空度為8. OX 10_3Pa，然后通入流量為150-300sCCm (標準毫升每分)的工作氣體氬氣(純度為99. 999%),對金屬基體11施加-300 -500V的偏壓，使鍍膜室21中產(chǎn)生高頻電壓，使所述氬氣發(fā)生離子化而產(chǎn)生氬氣等離子體對金屬基體11的表面進行物理轟擊，而達到對金屬基體11表面等離子清洗的目的。所述等離子清洗的時間可為5-10分鐘。所述等離子清洗完成后，在所述鍍膜室21中以真空濺鍍法，如磁控濺射鍍膜法，在金屬基體11的表面濺鍍過渡層13。濺鍍該過渡層13時，使所述鍍膜室21的溫度在 20-120°C之間(即濺鍍溫度為20-120°C )，保持上述氬氣的流量不變，調節(jié)金屬基體11的偏壓至-150 -500V，開啟鉻靶23的電源，于金屬基體11的表面沉積過渡層13。所述鉻靶23由直流電源控制，其功率為1-2KW。該過渡層13為金屬鉻層，其厚度在200-400nm之間。沉積該過渡層13的時間可為20-30分鐘。沉積所述過渡層13后，繼續(xù)以磁控濺射鍍膜法在過渡層13的表面濺鍍硬質層 15。濺鍍該硬質層15時，同時開啟鉻靶23及硅靶25，保持鉻靶23的電源功率、金屬基體 11的偏壓、以及氬氣的流量不變，通入流量為40-60Sccm的反應氣體氮氣，并保持氮氣的分壓比為20-40%，沉積所述硬質層15。沉積該硬質層15的時間可為60-80分鐘。所述硅靶25由射頻電源控制，其功率為10-12KW。該硬質層15為CrN-SiN的復合膜層，其厚度為 0. 8-1. 5 μ m0在沉積所述硬質層15的過程中，由于硅靶25的功率遠大于鉻靶23的功率，因此硬質層15中主要形成SiN相，在此條件下該SiN相無法獲得足夠的能量結晶，故為非晶態(tài)結構。且由于鉻靶23與硅靶25同時濺射(或共濺射)，其產(chǎn)生的等離子團在金屬基體11 表面附近可充分離化，使得生成的CrN晶粒在SiN相中的分散均勻，對硬質層15的硬度及耐磨性能起到更好的提升作用。以下結合具體實施例對鍍膜件10的制備方法及鍍膜件10進行說明實施例1等離子清洗氬氣流量為^Osccm，金屬基體11的偏壓為-300V，等離子清洗的時間為9分鐘；濺鍍過渡層13 氬氣流量為^Osccm，金屬基體11的偏壓為-450V，鉻靶23的功率為1. 8KW，濺鍍溫度為100°C，濺鍍時間為28分鐘，過渡層13的厚度為370nm ；濺鍍硬質層15 氬氣流量為^Osccm，氮氣流量為5kccm，金屬基體11的偏壓為-450V，鉻靶23的功率為1. 8KW，硅靶25的功率為12KW，濺鍍溫度為100°C，濺鍍時間為 75分鐘，硬質層15的厚度為1.3μπι，硬質層15中Cr的原子百分含量為Hat. %，Si為 40at. %，N 為 46at. %。實施例2等離子清洗氬氣流量為230sCCm，金屬基體11的偏壓為-480V，等離子清洗的時間為7分鐘；濺鍍過渡層13 氬氣流量為230SCCm，金屬基體11的偏壓為-230V，鉻靶23的功率為1. 5KW，濺鍍溫度為70°C，濺鍍時間為25分鐘，過渡層13的厚度為280nm ；濺鍍硬質層15 氬氣流量為230SCCm，氮氣流量為50sCCm，金屬基體11的偏壓為-230V，鉻靶23的功率為1. 5KW，硅靶25的功率為11KW，濺鍍溫度為70°C，濺鍍時間為 70分鐘，硬質層15的厚度為1. Ιμπι，硬質層15中Cr的原子百分含量為13at. %，Si為 37at. %，N 為 50at. V0o實施例3等離子清洗氬氣流量為leOsccm，金屬基體11的偏壓為-400V，等離子清洗的時間為6分鐘；濺鍍過渡層13 氬氣流量為160SCCm，金屬基體11的偏壓為-160V，鉻靶23的功率為1. 2KW，濺鍍溫度為30°C，濺鍍時間為22分鐘，過渡層13的厚度為220nm ；濺鍍硬質層15 氬氣流量為160SCCm，氮氣流量為4kccm，金屬基體11的偏壓為-160V，鉻靶23的功率為1. 2KW，硅靶25的功率為10KW，濺鍍溫度為30°C，濺鍍時間為 65分鐘，硬質層15的厚度為0.9μπι，硬質層15中Cr的原子百分含量為13at. %，Si為 38at. %，N 為 49at. %。相較于現(xiàn)有技術，所述鍍膜件10的制備方法以共濺射的方式，通過控制鉻靶23及硅靶25的濺射功率，使SiN相形成為非晶態(tài)結構及主要的相，提高了硬質層15的硬度，同時使CrN晶粒均勻分散于SiN相中，產(chǎn)生位錯運動效應，進一步提高了硬質層15的硬度及耐磨性。且所述硬質層15還具有防腐蝕的功能，可有效的保護金屬基體11免受侵蝕，延長了鍍膜件10的使用壽命，提高了鍍膜件10的使用價值。
權利要求
1.一種鍍膜件，其包括金屬基體及形成于金屬基體上的硬質層，其特征在于所述硬質層為一氮化鉻-氮化硅的復合膜層。
2.如權利要求1所述的鍍膜件，其特征在于所述氮化鉻-氮化硅的復合膜層中Cr的原子百分含量為 10-15at. %, Si % 30-40at. %，N 為 45_60at. %。
3.如權利要求1所述的鍍膜件，其特征在于所述氮化鉻-氮化硅的復合膜層中主要含有SiN相，該SiN相為非晶態(tài)結構。
4.如權利要求3所述的鍍膜件，其特征在于所述氮化鉻-氮化硅的復合膜層中含有 CrN相，該CrN相為晶態(tài)結構，其均勻分散于SiN相中。
5.如權利要求1所述的鍍膜件，其特征在于所述硬質層的厚度為0.8-1. 5 μ m。
6.如權利要求1所述的鍍膜件，其特征在于所述金屬基體的材質為鋁、鋁合金、鎂、鎂合金、不銹鋼或硬質合金。
7.如權利要求1所述的鍍膜件，其特征在于所述鍍膜件還包括一設置于金屬基體與硬質層之間的過渡層，該過渡層為一金屬鉻層。
8.一種鍍膜件的制備方法，其包括如下步驟提供一金屬基體；采用真空濺鍍法在該金屬基體上濺鍍硬質層，該硬質層為氮化鉻-氮化硅的復合膜層；濺鍍該硬質層同時開啟鉻靶和硅靶，以氮氣為反應氣體，鉻靶的電源功率為1-2KW，硅靶的電源功率為10-12KW。
9.如權利要求8所述的鍍膜件的制備方法，其特征在于濺鍍所述硬質層采用磁控濺射鍍膜法，氮氣的流量為40-60sCCm，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為150-300sCCm，保持氮氣的分壓比為20-40%，對金屬基體設置-150 -500V的偏壓，濺鍍溫度為20_120°C，濺鍍時間為60-80分鐘。
10.如權利要求8所述的鍍膜件的制備方法，其特征在于所述制備方法還包括在濺鍍硬質層前于金屬基體表面濺鍍金屬鉻的過渡層的步驟，濺鍍該過渡層采用磁控濺射鍍膜法，開啟鉻靶，鉻靶的電源功率為1-2KW，以氬氣為工作氣體，氬氣的流量為150-300sCCm， 對金屬基體設置-150 -500V的偏壓，濺鍍溫度為20-120°C，濺鍍時間為20-30分鐘。
11.如權利要求8所述的鍍膜件的制備方法，其特征在于所述制備方法還包括在濺鍍過渡層前對金屬基體進行超聲波清洗及等離子清洗的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鍍膜件及其制備方法。該鍍膜件包括金屬基體及形成于金屬基體表面的硬質層，該硬質層為一氮化鉻-氮化硅的復合膜層。該鍍膜件的制備方法包括如下步驟提供一金屬基體；采用真空濺鍍法在該金屬基體上濺鍍硬質層，該硬質層為氮化鉻-氮化硅的復合膜層；濺鍍該硬質層同時開啟鉻靶和硅靶，以氮氣為反應氣體，鉻靶的電源功率為1-2KW，硅靶的電源功率為10-12KW。所述的鍍膜件具有高的硬度、耐磨性及耐腐蝕性。
文檔編號C23C14/06GK102560339SQ201010584978
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權日2010年12月13日
發(fā)明者張新倍, 蔣煥梧, 陳文榮, 陳正士, 馬楠 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司