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申请/专利权人：东北大学;中国科学院金属研究所

摘要：本发明涉及一种高韧性过渡族金属氮化物TiAlNiNX硬质涂层及其制备方法，属于防护涂层技术领域。该涂层采用多弧离子镀进行双靶或多靶共沉积技术制备，过渡族金属氮化物TiAlNiNX硬质涂层中，各元素原子比例关系为：AlTi+Al+Ni＝0.1～0.5，NiTi+Al+Ni＝0.05～0.4，X＝NN+Ti+Al+Ni＝0.3～0.5，涂层厚度在2～30μm范围内，硬度1450Hv以上。本发明的涂层制备方法可获得Ni含量较高的TiAl，NiN单相硬质涂层，涂层兼具高韧性、高硬度、优良的抗裂纹扩展能力及抗高温氧化性能等特点，可大幅提高硬质涂层应用的可靠性。该涂层可应用于硬质合金切削刀具、不锈钢以及钛合金等材料的耐磨防护。

主权项：1.一种高韧性过渡族金属氮化物TiAlNiNX硬质涂层的制备方法，其特征在于，过渡族金属氮化物TiAlNiNX硬质涂层中，各元素原子比例关系为：AlTi+Al+Ni=0.1～0.5，NiTi+Al+Ni=0.05～0.4，X=NN+Ti+Al+Ni=0.3～0.5；过渡族金属氮化物TiAlNiNX硬质涂层厚度在20.2～30μm范围内，硬度1450Hv以上；过渡族金属氮化物TiAlNiNX硬质涂层为单相硬质涂层，Ni元素固溶在氮化物晶格中；所述的高韧性过渡族金属氮化物TiAlNiNX硬质涂层的制备方法，过渡族金属氮化物TiAlNiNX硬质涂层采用多弧离子镀技术，通过双靶或多靶共沉积技术制备，具体步骤如下：步骤1、对合金基体进行研磨和抛光，控制其表面粗糙度Ra在0.2μm以下；步骤2、将合金基体浸在无水乙醇和丙酮的混合溶剂中进行10～15min超声清洗，去除油渍，烘干待用；步骤3、将1个Ti-Al合金靶材或1个Ti-Al-Ni合金靶材，与1个Ti-Ni合金靶材安装于多弧离子镀设备中，两个合金靶材的靶心连线与底座垂直，Ti-Al合金靶材或Ti-Al-Ni合金靶材位于上端，Ti-Ni合金靶材位于下端，两个合金靶材的靶心间距在25～30cm范围内；步骤4、转架安装于正对Ti-Al合金靶材或Ti-Al-Ni合金靶材、Ti-Ni合金靶材靶心连线的位置，距离靶心连线15～20cm，将合金基体悬挂于转架上Ti-Al合金靶材或Ti-Al-Ni合金靶材、Ti-Ni合金靶材靶心之间的位置，具体的挂样位置由目标涂层中所需Ni含量决定；步骤5、将直径为12～14cm的不锈钢挡板固定在转架上，不锈钢挡板需平行于多弧离子镀设备的腔室底座；挡板固定位置由合金基体的挂样位置决定，位于合金基体下端1～1.5cm处；步骤6、关闭多弧离子镀设备的腔室门，待腔室升温至200℃且腔室抽真空至气压为7.0×10-3Pa后，开启转架自转，通入氩气，气压维持在3.0～4.0Pa之间，开启偏压电源，设置脉冲偏压为-800～-1000V，占空比为30～40%，使用氩气离子清洗合金基体5～10分钟，关闭偏压电源；步骤7、保持转架自转，打开氮气流量阀，调节氮气和氩气流量表，控制氮气和氩气流量比在5:1～15:1范围内，维持腔室内气压至1.5～3.0Pa，开启偏压电源，开启Ti-Al合金靶材或Ti-Al-Ni合金靶材弧电源；使用高能粒子束轰击合金基体3～5min，去除合金基体表面污物与氧化皮，具体工艺参数为：弧电流70～80A，电压18～20V，设置脉冲偏压-900～-1000V，占空比5～10%；步骤8、调节脉冲偏压至-100V～-400V，占空比10～20%，开启Ti-Ni合金靶材弧电源，沉积TiAlNiNX涂层，具体工艺参数为：Ti-Al合金靶材或Ti-Al-Ni合金靶材弧电流65～80A，电压18～20V；Ti-Ni合金靶材弧电流80～120A，电压18～20V，通过改变沉积时间控制涂层厚度；涂层沉积结束后，关闭弧电源和偏压电源，关闭氮气阀和氩气阀，关闭转架自转；步骤9、保持腔室抽真空至气压≤7.0×10-3Pa，待腔室温度冷却至100℃以下，取出合金基体，完成TiAlNiNX硬质涂层制备。

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