专利名称：涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制造方法
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造方法，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造方法。
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&N 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，提供一种具有良好硬度、韧性及耐磨性的涂层。另外，还提供一种应用上述涂层的被覆件。另外，还提供一种上述被覆件的制造方法。—种涂层，该涂层包括纳米复合层，该纳米复合层包括若干层和若干&YN层， 所述若干&N层和若干&YN层交替排布。一种被覆件，该被覆件包括基体、形成于该基体的结合层及形成于该结合层上的涂层，该结合层为ZrY层，该涂层包括纳米复合层，该纳米复合层包括若干ZrN层和若干 &YN层，所述若干&N层和若干&YN层交替排布。一种被覆件的制造方法，包括以下步骤提供基体；于该基体的表面磁控溅射结合层，该结合层为ZrY层；于该结合层的表面磁控溅射纳米复合层，该纳米复合层包括若干ZrN层和若干 ZrYN层，所述若干&N层和若干&YN层交替排布。在形成所述&YN层时，N原子优先与ττ原子形成晶粒，Y原子则以独立形式偏聚在晶界上形成Y相，其可抑制ZrN晶粒的长大，因而使得&ΥΝ层中的ZrN晶粒的粒径维持在纳米级，该纳米级的晶粒可有效提高所述纳米复合层的硬度和韧性。更重要的是， 由于纳米级氮化物ZrN与&ΥΝ之间剪切模量的差异，交替沉积的每一 ZrN层与每一 &ΥΝ 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纳米复合层之间设置ZrY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耐磨性。
图1为本发明一较佳实施例的涂层的剖视图；图2为本发明一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纳米复合层 31ZrN 层311ZrYN 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包括纳米复合层31。该纳米复合层31 包括若干氮化锆(&N)层311和若干氮化锆钇(ZrYN)层313，所述若干层311和若干 &YN层313交替排布。所述若干ZrN层311及若干&YN层313通过磁控溅射的方法形成。 该若干ZrN层311及若干&YN层313的层数分别为20 50层。每一 ZrN层311的厚度为10 20nm，每一 &YN层313的厚度为10 20nm。所述涂层30的总厚度为1 4 μ 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包括基体10、形成于该基体10的结合层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为锆钇(&Y)层，其厚度为0.05 0.2 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。所述涂层30与基体11直接结合的为ZrN层 311。所述被覆件40的制造方法主要包括如下步骤提供基体10，该基体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。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，以进一步去除基体10 表面的油污，以及改善基体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为将基体10固定于磁控溅射镀膜机的镀膜室的工件架上，抽真空该镀膜室至真空度为8. OX 10_3Pa，以300 600sCCm(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，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。
在对基体10进行等离子体清洗后，于该基体10上形成结合层20。该结合层20 为ZrY层。形成该结合层20的具体操作方法及工艺参数如下调节氩气(工作气体)流量至150 300SCCm，加热该镀膜室至150 300°C (即溅射温度为150 300°C )，设置所述工件架的公转速度为1.0 3.0rpm(revOlutiOn per minute，转/分钟)；开启分别安装于所述镀膜室两侧的锆靶及锆钇合金靶的电源，并设置所述锆靶及锆钇合金靶的电流均为 20 100A ；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5 15min。所述锆钇合金靶中rLx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上形成纳米复合层31。该纳米复合层31由若干ZrN层311和若干&YN层313交替沉积形成。形成所述纳米复合层31的具体操作方法及工艺参数如下向镀膜室中通入流量为10 200sCCm的纯度为99. 999%的氮气，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锆钇合金靶及锆靶，以于结合层20上交替沉积若干层311和若干&YN层313。沉积该纳米复合层31的时间为60 120min。关闭负偏压、锆钇合金靶及锆靶电源，停止通入氩气及氮气，待所述纳米复合层31 冷却后，向镀膜内通入空气，打开镀膜室门，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，制造所述被覆件40的方法还可包括在该纳米复合层31的表面镀覆颜色层33，以增强被覆件40的美观性。在形成&YN层313时，由于Y与&不能形成固溶体，且Y不易与氮气反应，沉积过程中氮气中的N原子优先与ττ原子形成晶粒，Y原子则以独立形式偏聚在晶界上形成Y相，其可抑制ZrN晶粒的长大，因而使得&ΥΝ层313中的晶粒的粒径维持在纳米级，该纳米级的晶粒可显著地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ZrN与&ΥΝ之间剪切模量的差异，交替沉积的每一 ZrN层311与每一 &ΥΝ 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的耐磨性。此外，所述涂层30在磨损过程中，涂层30表层的Y可与膜层外界的0、S等元素结合，形成含有对应的氧化物或/和硫化物的膜层，该膜层致密且硬度较高，在工作过程中对所述被覆件40起到较好的保护作用，间接地提高了被覆件40的硬度及耐磨性。
权利要求
1.一种涂层，该涂层包括纳米复合层，其特征在于该纳米复合层包括若干层和若干&YN层，所述若干&N层和若干&YN层交替排布。
2.如权利要求1所述的涂层，其特征在于每一ZrN层的厚度为10 20nm，每一 &YN 层的厚度为10 20nm。
3.如权利要求1所述的涂层，其特征在于该涂层的总厚度为1 4μπι。
4.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纳米复合层上的颜色层。
5.一种被覆件，该被覆件包括基体、形成于该基体的结合层及形成于该结合层上的涂层，该涂层包括纳米复合层，其特征在于该结合层为ZrY层，该纳米复合层包括若干&Ν层和若干&ΥΝ层，所述若干&Ν层和若干&ΥΝ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ZrY层，其厚度为0.05 0. 2 μ m0
7.一种被覆件的制造方法，包括以下步骤提供基体；于该基体的表面磁控溅射结合层，该结合层为ZrY层；于该结合层的表面磁控溅射纳米复合层，该纳米复合层包括若干ZrN层和若干&YN 层，所述若干&N层和若干&YN层交替排布。
8.如权利要求7所述的被覆件的制造方法，其特征在于磁控溅射该结合层的步骤以如下方式进行以锆靶及锆钇合金靶为靶材，设置所述锆靶及锆钇合金靶的电流均为20 100A，以氩气为工作气体，其流量为150 300sccm，对基体施加-100 -300V的偏压，溅射温度为150 300，溅射时间为5 15min。
9.如权利要求7所述的被覆件的制造方法，其特征在于磁控溅射该纳米复合层的步骤以如下方式进行以锆靶和锆钇合金靶为交替开启的靶材，以氮气为反应性气体，其流量为10 200sccm，溉射时间为60 120min。
10.如权利要求7或9所述的被覆件的制造方法，其特征在于该锆钇合金靶中Ir的质量百分含量为70 90%。
全文摘要
本发明提供一种涂层，该涂层包括纳米复合层，该纳米复合层包括若干ZrN层和若干ZrYN层，所述若干ZrN层和若干ZrYN层交替排布。该涂层具有良好的硬度、韧性及耐磨性。本发明还提供一种具有上述涂层的被覆件，该被覆件包括基体、形成于该基体的结合层及形成于该结合层上的所述涂层。该结合层为ZrY层。另外，本发明还提供了上述被覆件的制造方法。
文档编号C23C14/06GK102443773SQ20101029902
公开日2012年5月9日 申请日期2010年10月6日 优先权日2010年10月6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