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，特别涉及一种以真空镀膜的方式形成的涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法。
背景技术：
真空镀膜工艺在工业领域有着广泛的应用，其中，TiN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、 高加工温度、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涂层在硬度、韧性及耐磨性等方面已经不能满足要求。ZrN薄膜由于其硬度与韧性均优于TiN薄膜而受到人们的广泛关注。但单一的ZrN 薄膜在硬度、韧性及耐磨性等方面几乎已经没有提高的空间，很难满足现代工业的需求。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种具有高硬度、良好的韧性及耐磨性的涂层。另外，有必要提供一种具有上述涂层的被覆件。还有必要提供一种上述被覆件的制备方法。—种涂层，包括沉积层，该沉积层为&·ΥΝ层，该沉积层以磁控溅射镀膜法形成。一种被覆件，包括基体、依次形成于该基体表面的结合层及涂层，该结合层为层，该涂层包括沉积层，该沉积层为&ΥΝ层。一种被覆件的制备方法，包括以下步骤提供基体；以锆钇复合靶为靶材，于该基体上磁控溅射镀膜结合层，该结合层为ZrY层；以氮气为反应气体，以锆钇复合靶为靶材，于该结合层上磁控溅射沉积层，该沉积层为&ΥΝ层。相较于现有技术，所述的涂层在其沉积层的形成过程中引入Y原子，该Y原子能够起到细化晶粒的作用，可有效地提高该涂层的硬度、韧性及致密性。所述的被覆件在基体与沉积层之间设置一 ZrY结合层，由于该结合层的化学稳定性与热膨胀系数介于基体与沉积层之间，因而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，可显著地提高所述被覆件的耐磨性及使用寿命。
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。主要元件符号说明基体10结合层20
涂层30沉积层31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形成于一基体的表面。该涂层30包括 一沉积层31，该沉积层31为一锆钇氮(ZrYN)层，其厚度为0. 5 3. 0 y m，优选为2. 0 y m。 该涂层30的显微硬度可达47GPa。该涂层30通过磁控溅射法沉积形成。可以理解的，所述涂层30还可包括镀覆于沉积层31表面的一颜色层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、依次形成于该基体 10表面的一结合层20及一涂层30。该被覆件40可以为各类切削刀具、精密量具或模具。 该基体10的材质可以为高速钢、硬质合金及不锈钢等。该结合层20用以提高涂层30与基体10之间的结合力。本实施例中，该结合层20 为一 ZrY层，其厚度为50 200nm，优选为lOOnm。该结合层20通过磁控溅射法沉积形成。所述被覆件40的制造方法主要包括如下步骤提供一基体10，依次用去离子水和无水乙醇对该基体10表面进行擦拭，将擦拭后 的基体10放入盛装有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。清洗完毕后吹干备用。对经上述处理后的基体10的表面进行氩气等离子体清洗，以进一步去除基体10 表面的杂质，同时增加基体10表面的粗糙度，以改善基体10表面与后续涂层的结合力。 具体操作及工艺参数可为将基体10放入一磁控溅射镀膜机(图未示)的镀膜室内，抽 真空该镀膜室至真空度为1. 0X10_3Pa，以250 500SCCm的流量向镀膜室中通入纯度为 99. 999%的氩气，并于基体10上施加-300 -500V的偏压，在所述镀膜室中形成高频电 压，使所述氩气发生离子化而产生氩气等离子体对基体11的表面进行物理轰击，而达到对 基体11表面清洗的目的。所述氩气等离子体清洗的时间为3 5min。完成上述等离子体清洗后，采用磁控溅射的方式在该基体10上形成一结合层20。 该结合层20为一 ZrY层。形成该结合层20的具体操作方法及工艺参数为调节镀膜室的氩 气(工作气体)流量至100 200SCCm，加热镀膜室至100 200°C (即溅射温度为100 200°C)，开启一安装于所述磁控溅射镀膜机的镀膜室内的锆钇(&Y)复合靶材的电源，并 设置其功率为5 llkw，于基体10上施加-100 -300V的偏压，沉积结合层20。沉积该结 合层20的时间为20 60min。其中，所述锆钇复合靶材中锆(Zr)的质量百分含量为70 90%。形成所述结合层20后，于该结合层20上形成一沉积层31。该沉积层31为一 &YN 层。形成该沉积层31的具体操作方法及工艺参数为向镀膜室中通入流量为10 lOOsccm 的氮气(反应气体)，于基体10上施加-150 -250V的偏压，沉积沉积层31。沉积该沉积 层31的时间为60 180min。其中，所述氮气的纯度为99. 999%。关闭偏压及锆钇复合靶的电源，停止通入氩气及氮气，待所述涂层30冷却后，向镀膜室内通入空气，打开镀膜室门，取出镀覆有结合层20及沉积层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沉积层31的表面镀覆一颜色层33，以增强被覆件40的美观性。所述的沉积层31在其形成过程中，Y不能与&、N形成固溶相，而是以独立形式偏聚在晶界上形成Y相，如此可抑制晶粒的长大，使得沉积层31中的晶粒的粒径维持在纳米级，如此可显著地提高所述涂层30的硬度、韧性及致密性。所述的被覆件40在基体10与沉积层31之间设置一 ZrY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与沉积层31之间，因而可有效提高涂层30与基体10之间的结合力。所述涂层30的硬度、韧性的提高及涂层30与基体10之间结合力的增强，可显著地提高所述被覆件40的耐磨性及使用寿命。此外，在高温状态下，所述涂层30中的Y将偏析到晶粒边界及相边界，可阻止涂层 30中的ττ元素及N元素向外扩散及外界的氧气向涂层30内的扩散，因而还使得所述涂层 30具有优良的高温抗氧化能力。
权利要求
1.一种涂层，包括沉积层，其特征在于该沉积层为&YN层，该沉积层以磁控溅射镀膜法形成。
2.如权利要求1所述的涂层，其特征在于该沉积层的厚度为0.5 3. 0 μ m。
3.如权利要求1所述的涂层，其特征在于该涂层还包括形成于该沉积层上的颜色层。
4.一种被覆件，包括基体、依次形成于该基体表面的结合层及涂层，该涂层包括沉积层，其特征在于该结合层为ZrY层，该沉积层为&YN层。
5.如权利要求4所述的被覆件，其特征在于该结合层的厚度为50 200nm。
6.如权利要求5所述的被覆件，其特征在于该基体为高速钢、硬质合金及不锈钢中的一种。
7.一种被覆件的制备方法，包括以下步骤提供基体；以锆钇复合靶为靶材，于该基体上磁控溅射镀膜结合层，该结合层为ZrY层；以氮气为反应气体，以锆钇复合靶为靶材，于该结合层上磁控溅射沉积层，该沉积层为 &YN 层。
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所述结合层的工艺参数为锆钇复合靶的电源功率为5 llkw，以氩气为工作气体，其流量为100 300sCCm， 于基体上施加-100 -300V的偏压，溅射时间为20 60min。
9.如权利要求7或8所述的被覆件的制备方法，其特征在于该锆钇复合靶中锆的质量百分含量为70 90%。
10.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所述沉积层的工艺参数为氮气的流量为10 lOOsccm，施加于基体上的偏压为-150 -250V，溅射时间为 60 180min。
全文摘要
本发明提供一种涂层，该涂层包括ZrYN沉积层，该沉积层以磁控溅射镀膜法形成。该涂层具有较高的硬度、良好的韧性及耐磨性。本发明还提供种具有上述涂层的被覆件。该被覆件包括基体、依次形成于该基体表面的ZrY结合层及所述涂层。另外，本发明还提供了上述被覆件的制备方法。
文档编号C23C14/06GK102409302SQ20101028929
公开日2012年4月11日 申请日期2010年9月23日 优先权日2010年9月23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