用于基底表面处理的纳米复合涂层及其制备方法和装置
专利汇可以提供用于基底表面处理的纳米复合涂层及其制备方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种用于基底 表面处理 的纳米复合涂层，所述用于基底表面处理的纳米复合涂层包括附着在基底表面上的Ti过渡层和纳米复合涂层，所述纳米复合涂层由TiN涂层、TiAlN涂层、CrTiAlN涂层交替排列组成，所述Ti过渡层设置在里层，纳米复合涂层设置在表层。其制备装置是在现有 磁控溅射 设备 基础 上改进的，其制备方法采用磁控 溅射法 完成，该一种用于基底表面处理的纳米复合涂层和 现有技术 相比，硬度高、 氧 化 温度 高、热硬性好、附着 力 强、 摩擦系数 小和导热率低，适用范围广泛。，下面是用于基底表面处理的纳米复合涂层及其制备方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种用于基底表面处理的纳米复合涂层，其特征在于：所述用于基底表面处理的纳米复合涂层包括附着在基底表面上的Ti过渡层和纳米复合涂层，所述纳米复合涂层由TiN、TiAlN、CrTiAlN纳米涂层交替排列组成，所述Ti过渡层设置在里层，纳米复合涂层设置在表层。
2.根据权利要求1所述的一种用于基底表面处理的纳米复合涂层，其特征在于：所述的纳米复合涂层包括4～10层。
3.一种制备用于基底表面处理的纳米复合涂层的装置，用来制备权利要求1或2中所述的用于基底表面处理的纳米复合涂层，其结构包括抽真空机构、气体输入机构、起重机构、冷却循环机构、控制机构、反应室，其特征在于：所述反应室内部的四个侧面上均设置有靶座，靶座上安装有工作靶，在反应室上盖的下侧还连接有工件夹持工具，该工件夹持工具包括定位盘，在定位盘的圆周上均匀安装有至少四个工件夹紧装置。
4.根据权利要求3所述的一种制备用于基底表面处理的纳米复合涂层的装置，其特征在于：所述工作靶上配套的槽壳为尼龙槽壳。
5.根据权利要求3所述的一种制备用于基底表面处理的纳米复合涂层的装置，其特征在于：所述工件夹紧装置上开设有卡槽并通过定位螺栓固定在定位盘上，在工件夹紧装置用于夹紧工件的卡槽壁上还设置有压紧螺栓。
6.一种制备用于基底表面处理的纳米复合涂层的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1）.基底材料准备：首先准备一用于沉积纳米复合涂层的基底材料，预处理后备用；
2）.磁控溅射设备预处理：将磁控溅射设备的反应室清洁后装入Ti靶、Al靶和Cr靶，然后将经过预处理的基底材料固定于磁控溅射设备反应室内；
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3）.表面溅射清洗：开始对反应室抽真空，直至真空度稳定在（1±0.1）×10 Pa时通入Ar气，Ar气的输出压力为0.5～3Mpa，Ar气的流量为15～25sccm；开启偏压电源至-300±100V，将基底材料作为阴极靶，高能离子轰击基底材料对基底进行清洗，清洗时候不开任何靶材，溅射清洗时间为5～20 min；
4）.沉积Ti过渡层：开启Ti靶电源，Ti靶电源功率维持在200～400W，出现稳定的辉光现象时开始沉积，沉积时间为20～40min；
5）.沉积TiN涂层：通入N2 15～25sccm，调节Ti靶电源使功率维持在200～400W，待出现稳定的辉光现象时开始沉积，沉积时间为10～30min；
6）.沉积TiAlN涂层：开启Al靶电源，调节Al靶电源使功率维持在200～400W，待出现稳定的辉光现象时开始沉积，沉积时间为10～30min；
7）.沉积CrTiAlN涂层：开启Cr靶电源，调节Cr靶电源使功率维持在200～400W，待出现稳定的辉光现象时开始沉积10～30min；
依次重复步骤5）、步骤6）、步骤7）3～9次，以在基底上沉积由若干层TiN、TiAlN、CrTiAlN组成的纳米复合涂层。
7.根据权利要求6所述的一种制备用于基底表面处理的纳米复合涂层的方法，其特征在于：所述步骤1）中使用的基底材料为硬质合金、高速钢或不锈钢；该基底材料的预处理过程为将原材料制备成所需形状，制备好的基底材料经打磨、抛光后，在丙酮或酒精溶液中进行超声波清洗，然后快速取出烘干备用；
根据权利要求6所述的一种制备用于基底表面处理的纳米复合涂层的方法，其特征在
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于：上述步骤3）中反应室内抽真空至（6±1）×10 Pa时，通冷却水进行冷却。
8.根据权利要求6所述的一种制备用于基底表面处理的纳米复合涂层的方法，其特征在于：所述步骤4）中制备Ti过渡层时偏压电源为-75±20V，基底温度为150℃～250℃，转速为5～20r/min，Ti靶电源功率维持在250～300W；所述步骤5）中沉积TiN涂层时偏压电源为-75±20V，基底温度为250℃～350℃，转速为5～20r/min，Ti靶电源功率维持在
200～300W；所述步骤6）中沉积TiAlN涂层时偏压电源为-75±20V，基底温度为250℃～
350℃，转速为5～20r/min，Al靶电源功率维持在200～300W；所述步骤7）中沉积CrTiAlN涂层时偏压电源为-75±20V，基底温度为250℃～350℃，转速为5～20r/min，Cr靶电源功率维持在200～300W。
用于基底表面处理的纳米复合涂层及其制备方法和装置
技术领域
背景技术
发明内容
2）.磁控溅射设备预处理：将磁控溅射设备的反应室清洁后装入Ti靶、Al靶和Cr靶，然后将经过预处理的基底材料固定于磁控溅射设备反应室内；
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3）.表面溅射清洗：开始对反应室抽真空，直至真空度稳定在（1±0.1）×10 Pa时通入Ar气，Ar气的输出压力为0.5～3Mpa，Ar气的流量为15～25sccm；开启偏压电源至-300±100V，将基底材料作为阴极靶，高能离子轰击基底材料对基底进行清洗，清洗时候不开任何靶材，溅射清洗时间为5～20 min；
4）.沉积Ti过渡层：开启Ti靶电源，Ti靶电源功率维持在200～400W，出现稳定的辉光现象时开始沉积，沉积时间为20～40min；
5）.沉积TiN涂层：通入N2 15～25sccm，调节Ti靶电源使功率维持在200～400W，待出现稳定的辉光现象时开始沉积，沉积时间为10～30min；
6）.沉积TiAlN涂层：开启Al靶电源，调节Al靶电源使功率维持在200～400W，待出现稳定的辉光现象时开始沉积，沉积时间为10～30min；
7）.沉积CrTiAlN涂层：开启Cr靶电源，调节Cr靶电源使功率维持在200～400W，待出现稳定的辉光现象时开始沉积10～30min；
依次重复步骤5）、步骤6）、步骤7）3～9次，以在基底上沉积由若干层TiN、TiAlN、CrTiAlN组成的纳米复合涂层。
20r/min，Cr靶电源功率维持在200～300W。
1-1、靶电源，1-2、真空显示计，1-3、流量显示仪，1-4、控制柜电源开关，1-5、加热炉电源开关，1-6、机械泵电源开关，1-7、电机控制面板，2、反应室，2-1、靶座，2-2、反应真空腔室上盖，2-3、工件夹持工具，2-3-1、定位螺栓，2-3-2、工件夹紧装置，2-3-3、压紧螺栓，2-3-4、定位盘，2-4、工作靶，2-4-1、外围磁铁组，2-4-2、导磁板，2-4-3、中央磁铁组，2-4-4、尼龙槽壳，2-4-5、电极板，2-4-6、螺钉，2-4-7、工作靶面，2-4-8、密封圈，2-5、真空容器，3、起重机构，3-1、起重架，4、冷却循环机构，4-1、靶冷却水阀，4-2、加热炉冷却水阀，4-3、水泵，4-4、储水箱，5、气体输入机构，5-1、通气阀，5-2、压力阀，5-3、气体输出头，5-4、储气罐，6、外围支撑架，7、真空机构，7-1、旋片式机械泵，7-2、扩散泵，7-2-1、挡油阀。
具体实施方式
1-5、机械泵电源开关1-6；上述真空机构7、反应室2、气体输入机构5通过导线连接控制机构，所述反应室2、气体输入机构5之间通过进气管道相连通，冷却循环机构4与反应室2相连通。
2-4-4间设置有密封圈2-4-8。
2）、磁控溅射设备预处理：将磁控溅射设备的反应室2清洁，清洁步骤包括：用细砂纸清洁反应室2内壁和工作靶面2-4-7，确保其表面有良好的导电性，然后用丙酮进行擦拭，再用酒精擦拭最后用吸尘器将擦拭过程脱落的杂物吸出，先根据所需靶间距调整基底e材料的位置，使基底e材料表面离靶面为100 ~110 mm，后装入Ti靶、Al靶和Cr靶；
3）、表面溅射清洗：打开控制柜电源开关1-4，再打流量显示仪1-3和真空显示计1-2
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的电源开关，使用旋片式真空机组对反应室2抽真空，当真空度接近6×10 Pa时开启水泵4-3，打开扩散泵7-2冷却水阀开关，确定通水正常后开启扩散泵7-2的加热炉电源开关
1-5，当扩散泵7-2和反应室2内的真空度相差一个数量级时，使用扩散泵7-2抽高真空，当-3
真空度达到约10 Pa 左右时，开启与反应室2相连的通气阀5-1 ，然后开启Ar、N2的储气罐阀，输出压力调为0.5~3 MPa，将Ar 气流量调整为15~25 sccm；随后开启参与反应的靶冷却水阀4-1，通水正常后，开启偏压电源至-300V，将基底e材料作为阴极靶，高能离子轰击基底e材料对基底2进行清洗，清洗时候不开任何靶材，溅射清洗工件5~20 min；
4）、沉积Ti过渡层：而后调节偏压电源至-75V，基底温度为150℃～250℃，转速为5～
8r/min，旋转基底e材料转动，开启相应的靶电源中的Ti靶电源，调节靶电源各项参数保证功率维持在250~300 W，并出现稳定的辉光现象，沉积20~40min，所制备的过渡涂层用于减小Ti-Al-N-Cr纳米多层涂层直接与基底材料涂覆时产生的过大热膨胀系数差异，从而保证基底与涂层的结合力；
5）、沉积TiN涂层：保持偏压电源-75V，基底e温度为250℃~350℃，转速为5~20r/min，通入N2 流量调整为15~25 sccm ，调节Ti靶电源使功率维持在200~300W，待出现稳定的辉光现象时开始沉积，沉积时间为10~30min；
6）、沉积TiAlN涂层：保持偏压电源-75V，基底e温度为250℃~350℃，转速为5~20r/min，开启Al靶电源，调节Al靶电源使功率维持在200~300W，待出现稳定的辉光现象时开始沉积，沉积时间为10~30min；
7）、沉积CrTiAlN涂层：保持偏压电源-75V，基底温度e为250℃~350℃，转速为5~8r/min，开启Cr靶电源，调节Cr靶电源使功率维持在200~300W，待出现稳定的辉光现象时开始沉积10~30min；
依次重复步骤5）、步骤6）、步骤7）4~9次，以在基底e上沉积由若干层TiN a、TiAlN b、CrTiAlN c组成的纳米复合涂层。
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