专利名称：被覆件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种被覆件及其制造方法。
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、耐磨性及润滑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
鉴于此，提供一种具有良好的硬度、耐磨性及润滑性的被覆件。另外，还提供一种上述被覆件的制造方法。一种被覆件，包括基体及形成于该基体上的梯度润滑层，所述梯度润滑层为 TiAlMoN层，所述梯度润滑层中N原子的百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加。—种被覆件的制造方法，其包括如下步骤提供基体；以氮气为反应气体，采用钛铝复合靶及钼靶为靶材，通过电弧离子镀膜法于该基体的表面形成梯度润滑层，所述梯度润滑层中N原子的百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加。在所述梯度润滑层的形成过程中，Mo元素的加入可抑制TiN、AlN晶粒的长大，使得梯度润滑层中的TiN、AlN晶粒的粒径维持在纳米级，从而显著地提高了所述梯度润滑层的硬度、韧性及致密性。所述梯度润滑层的硬度及韧性的提高，可显著地提高所述被覆件的耐磨性。此外，Mo元素的加入还可降低所述梯度润滑层的摩擦系数，使梯度润滑层具有较好的润滑性，从而减轻所述被覆件的表面摩擦。当被覆件为切削刀具时，可降低切削刀具与切屑之间的粘附性，起到减少切削热的作用，使其加工硬度较低的材料以及粘性较大的材料时更具优势。
图1是本发明较佳实施方式被覆件的剖视示意图。主要元件符号说明被覆件10基体11
结合层13梯度润滑层 1具体实施例方式请参阅图1，本发明一较佳实施例的被覆件10包括基体11及形成于该基体11表面的梯度润滑层15。该基体11的材质可以为高速钢、硬质合金及不锈钢等。该被覆件10 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。所述梯度润滑层15为TiAlMoN层。所述梯度润滑层15中N原子的百分含量由靠近基体11至远离基体11的方向呈梯度增加。所述梯度润滑层15的厚度为0. 7 3. 0 μ m， 其可通过电弧离子镀膜法形成。该被覆件10还包括形成于该基体11与梯度润滑层15之间的结合层13。该结合层13为TiAl层。所述结合层13的形成用以增强所述梯度润滑层15与基体11之间的结合力。所述结合层13的厚度为50 200nm。所述被覆件10的制造方法主要包括如下步骤提供基体11，该基体11可以通过冲压成型得到，其具有待制得的被覆件10的结构。将所述基体11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11表面的杂质和油污。清洗完毕后烘干备用。再对基体11的表面进行氩气等离子体清洗，进一步去除基体11表面的油污，以改善基体11表面与后续涂层的结合力。对基体11的表面进行氩气等离子体清洗的方法包括如下步骤将基体11放入一电弧离子镀膜机(图未示)的镀膜室内的工件架上，对该镀膜室进行抽真空处理至真空度为3. OX 10_3Pa，以300 500sCCm(标准状态毫升/分钟)的流量向镀膜室内通入纯度为99. 999%的氩气(工作气体)，于基体11上施加-300 -800V 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 IOmin。采用电弧离子镀膜法的方式在基体11表面依次形成结合层13及梯度润滑层15。 所述结合层13为TiAl层，所述梯度润滑层15为TiAlMoN层，该梯度润滑层15中N原子的百分含量由靠近基体11至远离基体11的方向呈梯度增加。形成该结合层13及梯度润滑层15的具体操作方法及工艺参数为在所述等离子体清洗完成后，调节氩气(工作气体)流量至200 300sCCm，加热所述镀膜室至200 450°C;开启已置于所述电弧离子镀膜机中的钛铝(TiAl)复合靶的电源，并设定其功率为1 15kw，于基体11上施加-100 -400V的偏压，沉积结合层13。沉积该结合层13的时间为5 lOmin。其中，所述钛铝复合靶中钛的质量百分含量为50 75%。形成所述结合层13后，向所述镀膜室中通入初始流量为20 30sCCm的反应气体氮气，保持上述偏压、氩气流量及钛铝复合靶的电源功率不变，并开启已置于所述电弧离子镀膜机中的钼靶电源，设置其功率为0. 5 5kw，沉积所述梯度润滑层15。在沉积该梯度润滑层15的过程中，每沉积5 15min分别增大氮气的流量20 30sCCm，使N原子在梯度润滑层15中的百分含量由靠近基体11至远离基体11的方向呈梯度增加，最终使氮气的流量达到150 300sccm。沉积该梯度润滑层15的时间为60 120min。所述的梯度润滑层15在其形成过程中，Mo不能与Al、Ti形成固溶相，而是在晶界上形成MoN相，因此Mo元素的加入可抑制TiN、AlN晶粒的长大，使得梯度润滑层15中的 TiN, AlN晶粒的粒径维持在纳米级，从而显著地提高了所述梯度润滑层15的硬度、韧性及致密性。所述梯度润滑层15的N原子的百分含量呈梯度变化，与结合层13的结合处N原子的百分含量较低，使其具有与结合层13、基体11较相近的热膨胀系数，因此界面处内应力小，使得梯度润滑层15与结合层13之间的结合力增强；所述梯度润滑层15表层的N原子的百分含量较高，因此梯度润滑层15表层的硬度较高。所述梯度润滑层15的硬度、韧性的提高及梯度润滑层15与结合层13之间结合力的增强，可显著地提高所述被覆件10的耐磨性。Mo元素的加入可降低所述梯度润滑层15的摩擦系数，使梯度润滑层15具有较好的润滑性，从而可减轻所述被覆件10的表面摩擦。当被覆件10为切削刀具时，可降低切削刀具与切屑之间的粘附性，起到减少切削热的作用，使其加工硬度较低的材料以及粘性较大的材料时更具优势。此外，在高温状态下，所述梯度润滑层15中的Al原子将扩散至该梯度润滑层15 的表层，与氧气反应形成致密的含有Al2O3的保护膜，可阻止梯度润滑层15中的元素向外扩散及外界的氧气向梯度润滑层15内的扩散，如此可大大提高所述被覆件10的高温抗氧化能力。
权利要求
1.一种被覆件，包括基体，其特征在于该被覆件还包括形成于该基体上的梯度润滑层，所述梯度润滑层为TiAlMoN层，所述梯度润滑层中N原子的百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加。
2.如权利要求1所述的被覆件，其特征在于所述梯度润滑层的厚度为0.7 3. O μ m。
3.如权利要求1或2所述的被覆件，其特征在于所述梯度润滑层通过电弧离子镀膜法形成。
4.如权利要求1所述的被覆件，其特征在于所述被覆件还包括形成于所述基体与所述梯度润滑层之间的结合层，该结合层为TiAl层，其通过电弧离子镀膜法制成。
5.如权利要求4所述的被覆件，其特征在于所述结合层的厚度为50 200nm。
6.一种被覆件的制造方法，其包括如下步骤提供基体；以氮气为反应气体，采用钛铝复合靶及钼靶为靶材，通过电弧离子镀膜法于该基体的表面形成梯度润滑层，所述梯度润滑层中N原子的百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加。
7.如权利要求6所述的被覆件的制造方法，其特征在于电弧离子镀膜形成所述梯度润滑层的工艺参数为以氩气为工作气体，其流量为200 300sCCm，设置氮气的初始流量为20 30sCCm，于基体上施加-100 -400V的偏压，设置钛铝复合靶材及钼靶的电源功率分别为1 15kw、0. 5 5kw ；每沉积5 15min分别增大氮气的流量20 30sccm，沉积时间为60 120min。
8.如权利要求6或7所述的被覆件的制造方法，其特征在于所述钛铝复合靶中钛的质量百分含量为50 75%。
9.如权利要求6所述的被覆件的制造方法，其特征在于所述被覆件的制造方法还包括在形成所述梯度润滑层之前，于所述基体的表面通过电弧离子镀膜法形成结合层的步马聚ο
10.如权利要求9所述的被覆件的制造方法，其特征在于该结合层为TiAl层，沉积所述结合层的工艺参数为以钛铝复合靶为靶材，设置其电源功率为1 15kw，于基体上施加-100 -400V的偏压，以氩气为工作气体，其流量为200 300SCCm，电弧离子镀膜的温度为200 450°C，沉积时间为5 lOmin。
全文摘要
一种被覆件，包括基体及形成于该基体上的梯度润滑层，所述梯度润滑层为TiAlMoN层，所述梯度润滑层中N原子的百分含量由靠近基体至远离基体的方向呈梯度增加。所述被覆件的具有良好的硬度、耐磨性及润滑性。本发明还提供了上述被覆件的制造方法。
文档编号C23C14/06GK102453856SQ20101052321
公开日2012年5月16日 申请日期2010年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者张新倍, 胡智杰, 蒋焕梧, 陈文荣, 陈正士 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