TiAlN/TiSiNiN复合涂层、硬质涂层及其制备方法与应用与流程

tialn/tisinin复合涂层、硬质涂层及其制备方法与应用
技术领域
1.本发明涉及表面防护技术领域，特别是涉及一种tialn/tisinin复合涂层及 其制备方法与应用。


背景技术：

2.随着刀具切削加工技术的发展，人们对刀具的材料和性能提出了更高的要 求：干式、高速、高精度切削已成为刀具切削发展的重要方向，其中，在刀具 表面沉积硬质涂层就是改善刀具切削性能的重要途径。
3.tialn由于具有高硬度、高耐磨性及抗高温氧化等优良的性能，是目前被广 泛使用的三元氮化物硬质涂层之一，尤其在刀具切削领域获得了成功应用，大 大提高了刀具的切削性能及使用寿命。tialn的使用温度一般在750℃～850℃ 左右，然而，如果进行干式高速切削，刀具表面温度可高达900℃甚至1000℃ 以上，因此，为了进一步提高涂层的抗高温氧化性能，人们将si元素添加到tin 或tialn结构中，形成nc
‑
tin/α
‑
si3n4或nc
‑
tialn/α
‑
si3n4，这是一种纳米晶/非 晶复合结构，整个涂层中以tin或tialn纳米晶为主体，非晶si3n4作为界面相 包裹在tin或tialn纳米晶周围，合适尺寸的si3n4相能够阻碍位错的滑动及晶 粒的相对滑移，并有效阻挡氧元素向涂层内部扩散，从而使涂层的硬度、抗高 温氧化性显著提高。然而，这一类纳米晶/非晶复合结构由硬相/硬相组合而成， 涂层在制备过程中产生的应力无法得到释放，因此其断裂韧性较差，无法制备 厚度较大的涂层，而且断裂韧性较差的涂层在刀具的实际使用过程中很容易崩 膜。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种tialn/tisinin复合涂层及其制备方法，其在保持 了nc
‑
tin/α
‑
si3n4或nc
‑
tialn/α
‑
si3n4结构高硬度及抗高温氧化性能的同时，具 备优良的断裂韧性，有效扩展了氮化钛系涂层的应用。
5.本发明的一个方面，提供了一种tialn/tisinin复合涂层，其包括在基体上 交替设置的tialn层和tisinin层；
6.所述tialn层中，各元素的质量百分比分别为：ti：15％～25％，al：25％ ～35％，n：45％～55％；
7.所述tisinin层中，各元素的质量百分比分别为：ti：30％～40％，si：2％ ～15％，ni：1％～10％，n：45％～55％；
8.其中，相邻两层所述tialn层与所述tisinin层的厚度之和为2nm～30nm。
9.本发明通过交替沉积tialn层和tisinin层形成tialn/tisinin复合涂层， 并限定各层中各元素的质量百分比及相邻两层tialn层及tisinin层的厚度， 制得的复合涂层不仅具备tialn涂层的高硬度与高耐磨性，还具备了tisin涂 层的抗高温氧化性；同时，通过引入ni元素形成金属ni相，作为界面相包裹 在纳米晶相的周围，由于金属ni相可以起到吸收塑性形变功和断裂功的作用， 增强了涂层的断裂韧性。因此，该复合涂层兼具了高硬度、
高耐磨性、优异的 抗高温氧化性以及断裂韧性，有效提升了氮化钛系涂层的综合性能，并拓宽了 应用场景。
10.在一些实施方式中，所述tialn层的厚度占相邻两层所述tialn层与所述 tisinin层厚度之和的25％～33％。
11.在一些实施方式中，所述tialn/tisinin复合涂层的总厚度为1.5μm～8 μm。
12.本发明的另一方面，提供了前述tialn/tisinin复合涂层的制备方法，包括 以下步骤：
13.提供基体，在所述基体上气相沉积所述tialn/tisinin复合涂层。
14.本发明的另一方面，还提供了一种硬质涂层，其包括过渡层和前述的 tialn/tisinin复合涂层，所述过渡层为tin过渡层和/或tialn过渡层。
15.在一些实施方式中，所述过渡层的厚度为0.1μm～1.5μm。
16.在一些实施方式中，所述过渡层为tin过渡层和tialn过渡层，其中，所 述tin过渡层的厚度为0.1μm～0.5μm，所述tialn过渡层的厚度为0.2μm～1 μm。
17.本发明的又一方面，提供了一种前述硬质涂层的制备方法，包括以下步骤：
18.提供基体，在所述基体上气相沉积过渡层，然后在所述过渡层上气相沉积 所述tialn/tisinin复合涂层。
19.在一些实施方式中，气相沉积所述tialn/tisinin复合涂层的工艺如下：
20.a).对放置有所述基体的真空腔室抽真空，然后通入氮气，调整所述真空腔 室气压为1.0pa～5.0pa；然后调整承载所述基体的工件转架台的转速为2rpm ～5rpm，使所述基体开始公转；
21.b).同时开启tial合金靶的电弧靶电源和tisini合金靶的高功率脉冲磁控 溅射靶电源，并设置tial合金靶电源的电流为100a～200a，设置tisini靶功 率为1kw～10kw，占空比为1％～15％；
22.c).向所述基体施加
‑
20v～
‑
200v的偏压，以使所述基体上交替沉积tialn 层和tisinin层。
23.本发明同时还提供了一种刀具，其包括前述的tialn/tisinin复合涂层或前 述的硬质涂层。
附图说明
24.图1为实施例1制备的硬质合金铣刀进行铣削45#钢的后铣刀前刀面的形貌 照片；
25.图2为对比例1制备的硬质合金铣刀进行铣削45#钢的后铣刀前刀面的形貌 照片。
具体实施方式
26.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。 附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实 现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本 发明的公开内容的理解更加透彻全面。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对 重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二
”ꢀ
的特征可以明示
或者隐含地包括至少一个该特征。在发明的描述中，“多个”的含 义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本发明的描 述中，“若干”的含义是至少一个，例如一个，两个等，除非另有明确具体的限定。
28.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术 领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术 语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的 术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
29.本发明中，以开放式描述的技术特征中，包括所列举特征组成的封闭式技 术方案，也包括包含所列举特征的开放式技术方案。
30.本发明中，涉及到数值区间，如无特别说明，上述数值区间内视为连续， 且包括该范围的最小值及最大值，以及这种最小值与最大值之间的每一个值。 进一步地，当范围是指整数时，包括该范围的最小值与最大值之间的每一个整 数。此外，当提供多个范围描述特征或特性时，可以合并该范围。换言之，除 非另有指明，否则本文中所公开之所有范围应理解为包括其中所归入的任何及 所有的子范围。
31.本发明中涉及的百分比含量，如无特别说明，对于固液混合和固相
‑
固相混 合均指质量百分比，对于液相
‑
液相混合指体积百分比。
32.本发明中涉及的百分比浓度，如无特别说明，均指终浓度。所述终浓度， 指添加成分在添加该成分后的体系中的占比。
33.本发明中的温度参数，如无特别限定，既允许为恒温处理，也允许在一定 温度区间内进行处理。所述的恒温处理允许温度在仪器控制的精度范围内进行 波动。
34.本发明的一个方面，提供了一种tialn/tisinin复合涂层，其包括在基体上 交替设置的tialn层和tisinin层；
35.tialn层中，各元素的质量百分比分别为：ti：15％～25％，al：25％～35％， n：45％～55％；
36.tisinin层中，各元素的质量百分比分别为：ti：30％～40％，si：2％～15％， ni：1％～10％，n：45％～55％；
37.其中，相邻两层tialn层与tisinin层的厚度之和为2nm～30nm。
38.本发明提供的复合涂层主要由立方结构的tialn纳米晶相、tin纳米晶相、 α
‑
si3n4非晶相以及金属ni相构成；其中，α
‑
si3n4非晶相以及金属ni相作为界 面相包裹在纳米晶相周围，形成纳米复合结构。一定含量的α
‑
si3n4非晶相能够 阻碍位错的滑动、晶粒的相对滑移，并有效阻挡氧元素向涂层内部扩散，从而 使涂层的硬度、抗高温氧化性显著提高，当被用于刀具防护时，能适应干式、 高速、高精度切削下对涂层高硬度和高表面温度的要求；同时，引入了一定比 例的ni元素，形成金属ni界面相后包裹在硬质的纳米晶相周围，能够吸收塑 性变形功和断裂功，在尽可能少地损害涂层硬度、耐磨性以及抗高温氧化性能 的前提下，增强了涂层的断裂韧性。因此，通过限定各层中各元素的质量百分 比及相邻两层tialn层及tisinin层的厚度，交替沉积tialn层和tisinin层 形成tialn/tisinin的复合涂层兼具了高硬度、高耐磨性、优异的抗高温氧化性 以及断裂韧性，有效提升了氮化钛系涂层的综合性能，并拓宽了应用场景。
39.优选地，tialn层中，各元素的质量百分比分别为：ti：18％～20％，al： 32％～
35％，n：47％～50％。控制tialn层中各元素的质量百分比，能得到硬 度更高、耐磨性更好的tialn层。
40.优选地，tisinin层中，各元素的质量百分比分别为：ti：35％～40％，si： 5％～15％，ni：3％～8％，n：45％～50％。进一步优选地，tisinin层中，各 元素的质量百分比分别为：ti：38％～40％，si：4％～10％，ni：5％～7％，n： 47％～50％。控制tisinin层中各元素的质量百分比，能在提高tisinin层抗高 温氧化性和断裂韧性的同时，对其硬度和耐磨性尽可能少地造成负面影响。
41.优选地，相邻两层tialn层与tisinin层的厚度之和为2nm～20nm。进一 步优选地，相邻两层tialn层与tisinin层的厚度之和为2nm～10nm。更进一 步优选地，相邻两层tialn层与tisinin层的厚度之和为3nm～5nm。控制相 邻两层tialn层与tisinin层的厚度之和，能使制得的tialn/tisinin复合涂层 各项性能之间得以平衡，从而具备更优秀的综合性能。
42.在一些实施方式中，tialn层的厚度占相邻两层tialn层与tisinin层厚度 之和的25％～33％。优选地，tialn层的厚度占相邻两层tialn层与tisinin层 厚度之和的28％～30％。相邻两层tialn层与tisinin层的厚度之和可以称为 一个调制周期，控制tialn层在一个调制周期内的占比，可以进一步优化和平 衡tialn/tisinin复合涂层的各项性能。
43.在一些实施方式中，tialn/tisinin复合涂层的总厚度为1.5μm～8μm。可 选地，tialn/tisinin复合涂层的总厚度例如可以是2μm～7μm，又如还可以 是2.5μm、3.5μm、4.5μm、5.5μm、6.5μm、7.5μm。
44.本发明的另一方面，提供了前述tialn/tisinin复合涂层的制备方法，包括 以下步骤：
45.提供基体，在基体上气相沉积tialn/tisinin复合涂层。
46.本发明的另一方面，还提供了一种硬质涂层，其包括过渡层和前述的 tialn/tisinin复合涂层，过渡层为tin过渡层和/或tialn过渡层。
47.在一些实施方式中，过渡层的厚度为0.1μm～1.5μm。
48.在一些实施方式中，过渡层为tin过渡层和tialn过渡层，其中，tin过 渡层的厚度为0.1μm～0.5μm，tialn过渡层的厚度为0.2μm～1μm。优选地， tin过渡层的厚度为0.1μm～0.3μm，tialn过渡层的厚度为0.2μm～0.5μm。 沉积过渡层能促进基体与tialn/tisinin复合涂层之间的结合。
49.在一些实施方式中，沉积tin过渡层的时间为5min～20min。
50.在一些实施方式中，沉积tialn过渡层的时间为10min～40min。
51.在一些实施方式中，对基体表面沉积过渡层或tialn/tisinin复合涂层之 前，先对基体进行清洗，清洗包括有机溶剂清洗和离子源清洗中的至少一种。 有机溶剂清洗可以去除基体表面吸附的油渍、尘埃等污渍；离子源清洗能够一 致且可靠地去除基体表面的污染物，活化基体表面，使其更易于结合所沉积的 膜层。
52.在一些实施方式中，有机溶剂为乙醇、异丙醇等醇类溶剂或丙酮。
53.优选地，有机溶剂清洗方式为超声清洗。
54.进一步优选地，超声清洗后采用干燥气流吹干基体。
55.当进行离子源清洗时：
56.在一些实施方式中，将基体置于真空腔室中，并使得真空腔室的压强低于 4
×
10
‑3pa，优选地，压强为1.0
×
10
‑2pa～1.0
×
10
‑3pa，然后开启离子源进行清洗。
57.在一些实施方式中，在采用离子源进行清洗的过程中，向真空腔室中通入 保护性气体，在通入保护性气体的同时对真空腔室抽真空，保持真空腔室中的 气压为0.1pa～1pa。优选地，真空腔室中的气压为0.8pa～1pa。
58.在一些实施方式中，保护性气体为氩气、氦气及氖气中的至少一种。
59.在一些实施方式中，离子源清洗时间为20min～60min。
60.在一些实施方式中，向真空腔室中通入保护性气体之前，先对真空腔室进 行加热，加热至300℃～550℃。
61.在一些实施方式中，在清洗基体的过程中，向基体施加
‑
100v～
‑
300v的偏 压。
62.本发明的又一方面，提供了一种前述硬质涂层的制备方法，包括以下步骤：
63.提供基体，在基体上气相沉积过渡层，然后在过渡层上气相沉积 tialn/tisinin复合涂层。
64.在一些实施方式中，气相沉积tialn/tisinin复合涂层的工艺具体如下：
65.a).对放置有基体的真空腔室抽真空，然后通入氮气，调整真空腔室气压为 1.0pa～5.0pa；然后调整承载基体的工件转架台的转速为2rpm～5rpm，使 基体开始公转；
66.优选地，承载基体的工件转架台的转速为4rpm～5rpm；
67.b).同时开启tial合金靶的电弧靶电源和tisini合金靶的高功率脉冲磁控 溅射靶电源，并设置tial合金靶电源的电流为100a～200a，设置tisini靶功 率为1kw～10kw，占空比为1％～15％；
68.优选地，设置tial合金靶电源的电流为150a ～200a；
69.优选地，设置tisini靶功率为5kw～10kw，占空比为3％～10％；
70.c).向基体施加
‑
20v～
‑
200v的偏压，以使基体上交替沉积tialn层和 tisinin层。
71.优选地，向基体施加
‑
100v～
‑
200v的偏压；
72.步骤a)中，赋予基体以一定的速度使其围绕某一中心转动，并将步骤b)中 的tial合金靶和tisini合金靶根据需要排列，则可以周期性地控制基体与两种 合金靶之间的距离，从而得以在基体上交替沉积tialn层和tisinin层。公转 的转速对所形成的tialn层和tisinin层的致密度以及单层的厚度有着重要的 影响，在预设转速范围内，并控制气压、合金靶的电流或功率、占空比、以及 基体的偏压在合适的范围内，能制得单层厚度较薄、层与层之间结合度更高、 同时致密度较高的高性能复合涂层。
73.在一些实施方式中，气相沉积的时间为1h～8h，优选地，气相沉积的时间 为1h～3h。
74.在一些实施方式中，基体的材质为金属、金属氧化物、合金或硅片中的一 种或多种。
75.在一个具体示例中，前述硬质涂层的制备方法包括以下步骤：
76.a).将经过抛光处理的基体放入超声清洗机，依次用丙酮、酒精超声清洗， 然后用热风吹干，装入镀膜设备真空腔室内；
77.b).对镀膜设备真空腔室抽真空，使真空腔室内压强为1.0
×
10
‑2pa～1.0
×
10
‑
3 pa；打开真空室内加热器将真空室内温度升高至300℃～550℃，然后通入氩气， 调整真空
腔室内压强为0.1pa～1.0pa，打开工件转架台偏压电源并设置为
‑
100 v～
‑
300v，然后开启电弧增强辉光放电电源，对基体表面进行氩离子刻蚀清洗， 清洗时间为20min～60min；
78.c).将基体偏压调至
‑
30v～
‑
200v，通入氮气并控制气压为1.0pa～5.0pa， 开启纯ti靶弧源，沉积tin层，沉积时间为5min～20min，沉积厚度为0.1μm ～0.5μm；然后关闭纯ti靶弧源，开启tial合金靶弧源，沉积tialn层，沉积 时间为10min～40min，沉积厚度为0.2μm～1μm；得到tin/tialn过渡层；
79.d).继续通入氮气并控制真空腔室气压为1.0pa～5.0pa，调整承载基体的工 件转架台的转速为2rpm～5rpm，使基体开始公转；同时开启tial合金靶的 电弧靶电源和tisini合金靶的高功率脉冲磁控溅射靶电源，并设置tial合金靶 电源的电流为100a～200a，设置tisini靶功率为1kw～10kw，占空比为1％ ～15％；然后向基体施加
‑
20v～
‑
200v的偏压，通过控制tial合金靶和tisini 合金靶的数量及位置，以使基体上交替沉积调制周期为2nm～30nm的tialn 层和tisinin层，并控制tialn层的厚度在一个调制周期内的占比为25％～33％； 通过控制合金靶中各元素的百分比和氮气的流量以使tialn层中各元素的质量 百分比分别为：ti：15％～25％，al：25％～35％，n：45％～55％；tisinin层 中各元素的质量百分比分别为：ti：30％～40％，si：2％～15％，ni：1％～10％， n：45％～55％；此步骤中沉积总耗时为1h～8h；
80.e).沉积结束后，待真空腔室温度下降至100℃以下，然后打开真空腔室取 出沉积有厚度为1.5μm～8μm的tialn/tisinin复合涂层的的基体。
81.本发明同时还提供了一种刀具，其包括前述的tialn/tisinin复合涂层或前 述的硬质涂层。
82.以下结合具体实施例和对比例对本发明做进一步详细的说明。可理解，以 下实施例所用的仪器和原料较为具体，在其他具体实施例中，可不限于此，例 如可不限于用电弧增强辉光放电电源进行离子源清洗。
83.实施例1
84.a).将经过抛光处理的铣刀放入超声清洗机，依次用丙酮、酒精超声清洗， 然后用热风吹干，装入镀膜设备真空腔室内；
85.b).对镀膜设备真空腔室抽真空，使真空腔室内压强为3.0
×
10
‑3pa；打开真 空室内加热器将真空室内温度升高至450℃，然后通入氩气，调整真空腔室内压 强为0.8pa，打开工件转架台偏压电源并设置为
‑
210v，然后开启电弧增强辉光 放电电源，对铣刀表面进行氩离子刻蚀清洗，清洗时间为40min；
86.c).将铣刀偏压调至
‑
100v，通入氮气并控制气压为2.8pa，开启纯ti靶弧 源，沉积tin层，沉积时间为20min，沉积厚度为0.3μm；然后关闭纯ti靶弧 源，开启tial合金靶弧源，沉积tialn层，沉积时间为25min，沉积厚度为0.5 μm；得到tin/tialn过渡层；
87.d).继续通入氮气并控制真空腔室气压为3.5pa，调整承载铣刀的工件转架 台的转速为5rpm，使铣刀开始公转；同时开启tial合金靶的电弧靶电源和 tisini合金靶的高功率脉冲磁控溅射靶电源，并设置tial合金靶电源的电流为 180a，设置tisini靶功率为9kw，占空比为5％；然后向铣刀施加
‑
120v的偏 压，通过控制tial合金靶和tisini合金靶的数量及位置，以使铣刀上交替沉积 调制周期为3nm的tialn层和tisinin层，并控制tialn层的厚度在一个调制 周期内的占比为30％；通过控制合金靶中各元素的百分比和氮气的流量以
使 tialn层中各元素的质量百分比分别为：ti：18％，al：32％，n：50％；tisinin 层中各元素的质量百分比分别为：ti：40％，si：8％，ni：5％，n：47％；此步 骤中沉积总耗时为2.5h；
88.e).沉积结束后，待真空腔室温度下降至100℃以下，然后打开真空腔室取 出沉积有厚度为3μm的tialn/tisinin复合涂层的的铣刀。
89.实施例2
90.实施例2与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，tisinin层中各元素 的质量百分比分别为：ti：35％，si：12％，ni：3％，n：50％。
91.实施例3
92.实施例3与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，tialn层中各元素的 质量百分比分别为：ti：15％，al：30％，n：55％。
93.实施例4
94.实施例4与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，tialn层的厚度在一 个调制周期内的占比为25％。
95.实施例5
96.实施例5与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，调制周期为2nm。
97.实施例6
98.实施例6与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，调制周期为20nm。
99.实施例7
100.实施例7与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，承载基体的工件转 架台的转速为3rpm。
101.实施例8
102.实施例8与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，tisini靶功率为3kw， 占空比为1％。
103.实施例9
104.a).将经过抛光处理的铣刀放入超声清洗机，依次用丙酮、酒精超声清洗， 然后用热风吹干，装入镀膜设备真空腔室内；
105.b).对镀膜设备真空腔室抽真空，使真空腔室内压强为9.0
×
10
‑3pa；打开真 空室内加热器将真空室内温度升高至550℃，然后通入氩气，调整真空腔室内压 强为0.5pa，打开工件转架台偏压电源并设置为
‑
250v，然后开启电弧增强辉光 放电电源，对铣刀表面进行氩离子刻蚀清洗，清洗时间为60min；
106.c).将铣刀偏压调至
‑
160v，通入氮气并控制气压为2.0pa，开启纯ti靶弧 源，沉积tin层，沉积时间为15min，沉积厚度为0.2μm；然后关闭纯ti靶弧 源，开启tial合金靶弧源，沉积tialn层，沉积时间为20min，沉积厚度为0.3 μm；得到tin/tialn过渡层；
107.d).继续通入氮气并控制真空腔室气压为4pa，调整承载铣刀的工件转架台 的转速为4rpm，使铣刀开始公转；同时开启tial合金靶的电弧靶电源和tisini 合金靶的高功率脉冲磁控溅射靶电源，并设置tial合金靶电源的电流为200a， 设置tisini靶功率为6kw，占空比为15％；然后向铣刀施加
‑
50v的偏压，通 过控制tial合金靶和tisini合金靶的数量及位置，以使铣刀上交替沉积调制周 期为30nm的tialn层和tisinin层，并控制tialn层的厚度在一个调制周期 内的占比为33％；通过控制合金靶中各元素的百分比和氮气的流量以
使tialn 层中各元素的质量百分比分别为：ti：25％，al：25％，n：50％；tisinin层中 各元素的质量百分比分别为：ti：30％，si：5％，ni：10％，n：55％；此步骤 中沉积总耗时为7h；
108.e).沉积结束后，待真空腔室温度下降至100℃以下，然后打开真空腔室取 出沉积有厚度为7.5μm的tialn/tisinin复合涂层的的铣刀。
109.对比例1
110.对比例1与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中采用的是tisi靶，沉 积得到的tisin层中各元素的质量百分比分别为：ti：40％，si：13％，n：47％。
111.对比例2
112.对比例2与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中采用的是tisicu靶， 沉积得到的tisimn层中各元素的质量百分比分别为：ti：40％，si：8％，cu： 5％，n：47％。
113.对比例3
114.对比例3与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，tisinin层中各元素 的质量百分比分别为：ti：35％，si：8％，ni：12％，n：45％。
115.对比例4
116.对比例4与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，调制周期为35nm， 最终得到的tialn/tisinin复合涂层厚度为3.01μm。
117.对比例5
118.对比例5与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，tialn层的厚度在一 个调制周期内的占比为20％。
119.对比例6
120.对比例6与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，tialn层的厚度在一 个调制周期内的占比为35％。
121.对比例7
122.对比例7与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，承载基体的工件转 架台的转速为1rpm。
123.对比例8
124.对比例8与实施例1基本一致，区别在于，步骤d)中，仅采用tisini合金 靶，仅沉积tisinin涂层。
125.性能测试：
126.采用g200纳米压痕仪(anton paar)对本技术各实施例和对比例中制得的 tialn/tisinin复合涂层进行硬度以及弹性模量测试，所得结果如下表：
127.表1
[0128] 硬度/gpa弹性模量/gpa实施例152.32528.86实施例255.65569.36实施例351.25520.89实施例454.68549.35实施例553.15520.03实施例648.92502.56
实施例754.32540.09实施例851.32540.88实施例949.62529.36对比例157.25612.22对比例242.32541.33对比例339.23509.35对比例433.40457.36对比例546.36500.68对比例648.36498.72对比例745.06522.45对比例840.01443.56
[0129]
从表1可知，本发明通过调整各层元素占比及调制周期，并采取合适的工 艺进行交替沉积，使得层与层之间结合度好，各实施例制得的复合涂层具有高 硬度，维持在48.32gpa以上，最高可达55.65gpa。对于优选方案的实施例1， 当具备高达52.32gpa的硬度时，弹性模量仅528.86gpa，具有较好的断裂韧性； 实施例2的tisinin层中各元素的质量百分比较优选范围的实施例1有所变化， 硬度有所提升，但弹性模量也出现较明显的升高，断裂韧性下降较明显；实施 例3中tialn层中各元素质量百分比较优选范围的实施例1有所变化，弹性模 量下降至520.89gpa，但硬度明显下降至51.25gpa；实施例4中，tialn层在 一个调制周期内的占比较实施例1有所下降，硬度虽然升高至54.68gpa，但弹 性模量也相应升高，断裂韧性稍差；实施例5中，调制周期下降，断裂韧性有 所提升，但硬度有所下降；实施例6中，调制周期为20nm，硬度有所降低，弹 性模量有一定提升；实施例7中，转速没有位于优选范围，导致制得的涂层致 密度不如实施例1，硬度和断裂韧性均有微弱下降；实施例8中，tisini靶功率 和占空比不如实施例1的设置合理，因此也导致硬度和断裂韧性的下降；总的 来说，各项参数均位于优选范围时，能够较好地平衡硬度和断裂韧性，在尽可 能提高硬度的同时，使弹性模量不至于过大，各项参数均位于本发明的预设范 围内时，虽然性能会有所差异，但总的来说都能满足实际生产需求。
[0130]
相较于实施例1，对比例1中没有引入镍元素，虽然硬度有一定程度上的提 升，但弹性模量大幅上升至612.22gpa，断裂韧性差，在实际使用过程中涂层 容易崩裂；对比例2中，采用铜取代镍，硬度和断裂韧性均不理想；对比例3 中，tisinin层中各元素的质量百分比设置不合理，导致硬度大幅下降，不能满 足高硬度需求；对比例4中，调制周期过大，复合多层的多层效应减弱，硬度 下降明显；对比例5中，tialn层在一个调制周期内的占比过低，对多层效应也 有影响，因此硬度也有较明显的下降；对比例6中，tialn层在一个调制周期内 的占比稍高，tisinin含量降低，硬度略有降低；对比例7中转速过低，涂层致 密性和结合度不好，硬度明显下降；对比例8中，仅沉积tisinin层，由于整个 涂层中ni的含量有所上升，因此弹性模量大幅下降，断裂韧性提升明显，尽管 tisinin层本身硬度较tialn层更高，但由于没有多层效应的加持，因此对比例8中的tisinin层较实施例1中的复合涂层而言，硬度大幅下降至40.01gpa， 不能满足高硬度应用场景的需求。
[0131]
(2)将本技术实施例1和对比例1中制得的沉积有tialn/tisinin复合涂 层的铣刀在工业铣床上进行铣削加工，铣削条件如下：加工45#钢，转速为7500 rpm，进给速度为
1000mm/min，加工时间为6小时，冷却方式为油冷。加工 完成后观察铣刀前刀面的形貌并记录。图1为实施例1中的铣刀进行加工后的 形貌照片，可以看出前刀面整体呈现相对均匀的磨损状态，刃口位置涂层已被 磨损，显露出铣刀刃口；图2为对比例1中的铣刀进行加工后的形貌照片，可 以看出前刀面崩刃，刃口位置涂层已明显露出铣刀刃口。可见，与tialn/tisin 涂层铣刀相比，tialn/tisinin涂层铣刀明显改善了铣刀涂层的断裂韧性，表现 出更好的铣削性能。
[0132]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对 上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技 术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0133]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改 进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权 利要求为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。