一种TaB2-Ta复合涂层及其制备方法

本发明属于涂层领域，具体涉及一种tab2-ta复合涂层及其制备方法。

背景技术：

1、刀具进行涂层处理是提高刀具性能的重要途径之一，沉积涂层的刀具可以提高加工效率和加工精度，延长刀具使用寿命，降低加工成本。

2、随着现代工业的快速发展，对于高性能切削工具有了更高硬度的要求，使得某些传统刀具材料无法满足高硬度耐摩擦性能的新要求。tmc涂层在其制备过程中不可避免的掺入h元素，导致其易断裂失效，同时tmn涂层难以在维持高硬度的条件下，同时保持涂层具有相对较高的韧性及其生物相容性，难以在未来涂层保护领域具有更加深入的探究。因此寻找新的过渡金属与轻量化元素相结合的化合物正成为新的涂层材料研究方向。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种用于硬质刀具的tab2-ta复合涂层及其制备方法。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：

3、一种tab2-ta复合涂层的制备方法，包括如下步骤：

4、s1：基底的预处理：将基底材料抛光后清洗得到预处理基底；

5、s2：预溅射处理：将基底和靶材进行预溅射处理，所述靶材为热压烧结tab2陶瓷靶；

6、s3：ta过渡层的沉积：采用直流磁控溅射的方法在基底上沉积ta过渡层，得到具有ta过渡层的基底材料，直流磁控溅射的基体偏压为-180v～-240v；

7、s4：tab2硬质保护层的沉积：采用直流脉冲磁控溅射，在具有ta过渡层的基底上沉积二硼化钽复合靶材，得到tab2硬质保护层，从而得到tab2/ta复合涂层结构，直流脉冲磁控溅射的氩气流量控制在60-65sccm，基体偏压在-180v～-240v。

8、进一步的，步骤s1抛光具体为：依次采用180目、400目、600目、800目、1000目、1200目、1400目的sic磨砂纸打磨金属基底。

9、进一步的，在步骤s2中，预溅射处理的功率为150w，基体偏压为-180v～-240v，工作时长为10±2min，温度维持在500±10℃。

10、进一步的，在步骤s3中，直流磁控溅射的沉积温度为500±10℃，工作气压为0.8pa±0.1，基体偏压为-180v～-240v。

11、进一步的，在步骤4中，直流脉冲磁控溅射的靶基距为7～10cm。

12、进一步的，在步骤s2预溅射处理之前用抽真空系统对真空腔室抽气压至3.8～4.2×10-3pa，通入氩气，然后加热电阻丝，加热样品基台至温度达到500±10℃。

13、一种tab2-ta复合涂层，采用上述的方法制备。

14、进一步的，涂层的总厚度为0.70～1.20μm，涂层的平均摩擦系数为0.56±0.05，磨损率为(1.86±0.1)×10-6mm3/nm。

15、进一步的，涂层的基底为硅、镍基金属的一种。

16、一种上述的复合涂层的用途，用于硬质刀具涂层。

17、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

18、本发明选择二硼化钽靶材，其中ta作为过渡族金属本身具有优异的抗氧化性和生物相容性，b元素也是人类骨骼不可或缺的元素，与碳化物和氮化物相比，过渡金属硼化物(tmbs)具有更高的硬度，因为它具有更大的价电子密度、更多的共价键网络和b具有多功能的键合能力；此外，tmb还具有较强的热力学稳定性、抗氧化性、化学惰性和导电性；两者相结合的产物有望获得更加优异的性能和实际应用；在直流磁控溅射工艺进行涂层成型，可以观察到涂层呈现高有序度排列，在(001)晶向择优取向，呈现六方紧密堆积结构，同时在相适宜的残余应力下和喷丸效应中涂层表现出致密柱状结构，同时过渡层在高能粒子轰击下消失，强共价键原子b作为间隙原子存在于tab2中，因此涂层表现出间隙固溶结构、超高硬度、光滑的表面形貌、优异的划痕韧性和摩擦学行为。

技术特征：

1.一种tab2-ta复合涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s1抛光具体为：依次采用180目、400目、600目、800目、1000目、1200目、1400目的sic磨砂纸打磨金属基底。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在步骤s2中，预溅射处理的功率为150w，基体偏压为-180v～-240v，工作时长为10±2min，温度维持在500±10℃。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤s3中，直流磁控溅射的沉积温度为500±10℃，工作气压为0.8pa±0.1，基体偏压为-180v～-240v。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤4中，直流脉冲磁控溅射的靶基距为7～10cm。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤s2预溅射处理之前用抽真空系统对真空腔室抽气压至3.8～4.2×10-3pa，通入氩气，然后加热电阻丝，加热样品基台至温度达到500±10℃。

7.一种tab2-ta复合涂层，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的方法制备。

8.根据权利要求7所述的复合涂层，其特征在于，涂层的总厚度为0.70～1.20μm，涂层的平均摩擦系数为0.56±0.05，磨损率为(1.86±0.1)×10-6mm3/nm。

9.根据权利要求8所述的复合涂层，其特征在于，涂层的基底为硅、镍基金属的一种。

10.一种权利要求7-9任一项所述的复合涂层的用途，其特征在于，用于硬质刀具涂层。

技术总结
本发明属于涂层领域，具体涉及一种TaB<subgt;2</subgt;‑Ta复合涂层及其制备方法。包括如下步骤：S1基底的预处理：将基底材料抛光后清洗得到预处理基底；S2预溅射处理：将基底和靶材进行预溅射处理，所述靶材为热压烧结TaB<subgt;2</subgt;陶瓷靶；S3Ta过渡层的沉积：采用直流磁控溅射的方法在基底上沉积Ta过渡层，得到具有Ta过渡层的基底材料，直流磁控溅射的基体偏压为‑180V～‑240V；S4TaB<subgt;2</subgt;硬质保护层的沉积：采用直流脉冲磁控溅射，在具有Ta过渡层的基底上沉积二硼化钽复合靶材，得到TaB<subgt;2</subgt;硬质保护层，从而得到TaB<subgt;2</subgt;/Ta复合涂层结构，直流脉冲磁控溅射的氩气流量控制在60‑65sccm，基体偏压在‑180V～‑240V。本发明的涂层表现出间隙固溶结构、超高硬度、光滑的表面形貌、优异的划痕韧性和摩擦学行为。

技术研发人员：孙龙龙,李建亮
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15