专利名称：涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法，特别涉及一种PVD涂层、具有该PVD涂层的被覆件及该被覆件的制备方法。
背景技术：
PVD镀膜工艺在工业领域有着广泛的应用，其中，TiN, TiAlN薄膜镀覆在刀具或模具表面能大幅提高刀具和模具的使用寿命。然而，随着金属切削加工朝高切削速度、高进给速度、高可靠性、长寿命、高精度和良好的切削控制性方面发展，对表面涂层的性能提出了更高的要求。传统的TiN、TiAlN涂层在硬度、韧性等方面已经不能满足要求。研究发现，在TiN中掺入Si可以进一步提高其硬度，但是韧性较低，在用于切削高硬度材料时，刀具的刃口易产生卷刃。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有良好硬度及韧性的涂层。另外，还有必要提供一种应用上述涂层的被覆件。另外，还有必要提供一种上述被覆件的制备方法。—种涂层，该涂层包括一纳米复合层，该纳米复合层包括若干NiTiCN层和若干 TiCN层，所述NiTiCN层和TiCN层交替排布。一种被覆件，该被覆件包括一基体、形成于该基体的一结合层及形成于该结合层上的一涂层，该涂层包括一纳米复合层，该纳米复合层包括若干NiTiCN层和若干TiCN层， 所述NiTiCN层和TiCN层交替排布。一种被覆件的制备方法，包括以下步骤 提供一基体；于该基体的表面磁控溅射一结合层，该结合层为一 NiTi层；于该结合层的表面磁控溅射一纳米复合层，该纳米复合层包括若干NiTiCN层和若干TiCN层，所述NiTiCN层和TiCN层交替排布。相较于现有技术，本发明在形成NiTiCN沉积层时，Ni原子以独立形式偏聚在晶界上形成M相可抑制TiN晶粒的长大，使得沉积层中的TiN晶粒的粒径维持在纳米级，该纳米级的TiN晶粒可有效提高所述涂层的硬度和韧性。更重要的是，由于纳米级氮化物 NiTiCN与TiCN之间剪切模量的差异，交替沉积的每一 NiTiCN层与每一 TiCN层之间的位错运动在二膜层的界面处而停止，位错的塞积可产生硬化现象及抑制膜层的变形，从而使得所述纳米复合层的硬度及韧性进一步得到显著的提高。所述的被覆件在基体与沉积层之间设置一 MTi结合层，可有效提高涂层与基体之间的结合力。所述涂层的硬度、韧性的提高及涂层与基体之间结合力的增强，可显著地提高所述涂层的使用性能。
图1为本发明较佳实施例的涂层的剖视图；图2为本发明较佳实施例的被覆件的剖视图；图3为本发明较佳实施例的被覆件的制备方法的流程图。主要元件符号说明基体10 结合层20涂层30纳米复合层31NiTiCN 层311TiCN 层313颜色层33被覆件40
具体实施例方式请参阅图1，本发明一较佳实施例的涂层30包括一纳米复合层31。该纳米复合层 31包括若干碳氮化镍钛(NiTiCN)层311和若干碳氮化钛(TiCN)层313，所述NiTiCN层 311和TiCN层313交替排布。所述若干NiTiCN层311及若干TiCN层313可通过磁控溅射的方法制成。该若干 NiTiCN层311的层数可为50 60层，该若干TiCN层313的层数可为50 60层。每一 NiTiCN层311的厚度可为10 20nm，每一 TiCN层313的厚度可为10 20nm。所述纳米复合层31的总厚度可为1 4μ m。可以理解的，所述涂层30还可包括于该纳米复合层31的表面上镀覆的一颜色层 33，以增强该涂层30的美观性。请参阅图2，本发明一较佳实施例的被覆件40包括一基体10、形成于该基体10的一结合层20及形成于该结合层20上的所述涂层30。该基体10的材质可以为高速钢、硬质合金及不锈钢等。该被覆件40可以为各类切削刀具、精密量具、模具、3C电子产品外壳及各种建筑装饰件等。该结合层20为一镍钛(NiTi)层，其厚度为0.05 0.2 μ m，优选为0. 1 μ m。该结合层20通过磁控溅射法沉积形成。该结合层20的化学稳定性与热膨胀系数介于基体10 与涂层30之间，因而可有效提高涂层30与基体10之间的结合力。请进一步参见图3，该被覆件40的方法主要包括如下步骤Sl 提供一基体 10。所述基体10的材质可以为高速钢、硬质合金、金属陶瓷及烧结金刚石等。S2 对该基体10进行前处理。将基体10放入盛装有乙醇及/或丙酮溶液的超声波清洗器中进行震动清洗，以除去基体10表面的杂质和油污等。清洗完毕后烘干备用。对经上述处理后的基体10的表面进行氩气等离子体清洗，进一步去除基体10 表面的油污，以改善基体10表面与后续涂层的结合力。该等离子体清洗的具体操作及工艺参数可为将基体10固定于一磁控溅射镀膜机真空室内的转架上，抽真空至真空度为8. OX 10_3pa，以300 600sCCm(标准状态毫升/分钟)的流量向真空室内通入纯度为 99. 999%的氩气，并施加-300 -800V的偏压于基体10，对基体10表面进行等离子体清洗，清洗时间为3 lOmin。 S3 于该基体10上形成一结合层20。该结合层20为一 NiTi层。在对基体10进行等离子体清洗后，调节真空室温度至100 200°C，调节氩气流量至100 300sccm，优选为150sccm ；设置所述转架的公转速度为0. 5 4rpm(revolution per minute,转/分钟)，优选3rpm ；开启镍钛合金靶的电源，设置该电源的功率为7 Ilkw,优选为IOkw ；对基体10施加-100 -300V是偏压，沉积结合层20。沉积该结合层20 的时间为20 60min。所述镍钛合金靶中Ni的质量百分含量为20 80%。S4 于该结合层20上形成一纳米复合层31。该纳米复合层31由若干NiTiCN层 311和若干TiCN层313交替沉积形成。形成所述结合层20后，向真空室中通入流量为10 200sCCm的纯度为99. 999% 的氮气及流量为10 300SCCm的纯度为99. 8%的乙炔气体，以沉积所述纳米复合层31。沉积该纳米复合层31时，交替开启分别安装于所述磁控溅射镀膜机的镍钛合金靶及钛靶，以于结合层20上交替沉积若干NiTiCN层311和若干TiCN层313。所述镍钛合金靶及钛靶的电源功率设置为7 llkw。沉积该纳米复合层31的时间为30 120min。关闭负偏压、镍钛合金靶及钛靶电源，停止通入氩气、氮气及乙炔气体，待所述纳米复合层31冷却后，向真空室内通入空气，打开真空室门，取出镀覆有结合层20及纳米复合层31的基体10。可以理解的，制备所述被覆件40的方法还可包括在该纳米复合层31的表面镀覆一颜色层33，以增强被覆件40的美观性。本发明在形成NiTiCN层311时，氮气中的N原子优先与Ti原子形成TiN晶粒，Ni 原子则以独立形式偏聚在晶界上形成Ni相，其可抑制TiN晶粒的长大，因而使得NiTiCN层 311中的TiN晶粒的粒径维持在纳米级，该纳米级的TiN晶粒可有效提高所述纳米复合层 31的硬度和韧性。更重要的是，由于纳米级氮化物NiTiCN与TiCN之间剪切模量的差异， 交替沉积的每一 NiTiCN层311与每一 TiCN层313之间的位错运动在二膜层的界面处而停止，位错的塞积可产生硬化现象及抑制膜层的变形，从而使得所述纳米复合层31的硬度及韧性进一步得到显著的提高。所述的被覆件40在基体10与纳米复合层31之间设置一 NiTi结合层20，由于该结合层20的化学稳定性与热膨胀系数介于基体10与纳米复合层31之间，因而可有效提高纳米复合层31与基体10之间的结合力。所述纳米复合层31的硬度、韧性的提高及纳米复合层31与基体10之间结合力的增强，可显著地提高所述涂层30的使用性能。
权利要求
1.一种涂层，该涂层包括一纳米复合层，其特征在于该纳米复合层包括若干NiTiCN 层和若干TiCN层，所述NiTiCN层和TiCN层交替排布。
2.如权利要求1所述的涂层，其特征在于每一NiTiCN层的厚度为10 20nm，每一 TiCN层的厚度为10 20nm。
3.如权利要求1所述的涂层，其特征在于该纳米复合层的总厚度为1 4μm。
4.如权利要求1所述的涂层，其特征在于该涂层还包括一形成于该纳米复合层上的颜色层。
5.一种被覆件，该被覆件包括一基体、形成于该基体的一结合层及形成于该结合层上的一涂层，该涂层包括一纳米复合层，其特征在于该纳米复合层包括若干NiTiCN层和若干TiCN层，所述NiTiCN层和TiCN层交替排布。
6.如权利要求5所述的被覆件，其特征在于该结合层为一MTi层，其厚度为0. 05 0. 2 μ m0
7.一种被覆件的制备方法，包括以下步骤提供一基体；于该基体的表面磁控溅射一结合层，该结合层为一 MTi层；于该结合层的表面磁控溅射一纳米复合层，该纳米复合层包括若干MTiCN层和若干 TiCN层，所述NiTiCN层和TiCN层交替排布。
8.如权利要求7所述的被覆件的制备方法，其特征在于磁控溅射该结合层以镍钛合金靶为靶材，其功率为7 llkw，以氩气作为惰性气体，其流量为100 300sCCm，对基体施力口 -100 -300V的偏压，溅射时间为20 60min。
9.如权利要求7所述的被覆件的制备方法，其特征在于磁控溅射该纳米复合层以镍钛合金靶和钛靶为交替开启的靶材，该二靶材的功率为7 llkw，以氮气及乙炔为反应性气体，该氮气的流量为10 200sCCm，该乙炔气体的流量为10 lOOsccm，溅射温度为 100 200，溅射时间为30 120min。
10.如权利要求7或9所述的被覆件的制备方法，其特征在于该镍钛合金靶中M的质量百分含量为20 80%。
全文摘要
本发明提供一种涂层，该涂层包括一纳米复合层，该纳米复合层包括若干NiTiCN层和若干TiCN层，所述NiTiCN层和TiCN层交替排布。该涂层具有良好的硬度和韧性。本发明还提供一种具有上述涂层的被覆件，该被覆件包括一基体、形成于该基体的一结合层及形成于该结合层上的一所述涂层。该结合层为一NiTi层。所述NiTiCN层和TiCN层的交替沉积，能显著提高该涂层的硬度及韧性。另外，本发明还提供了上述被覆件的制备方法。
文档编号C23C14/35GK102345091SQ20101024005
公开日2012年2月8日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者张新倍, 蒋焕梧, 陈文荣, 陈正士, 马闯 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司