超晶格结构的纳米晶Cr₂N/非晶WC超硬膜及其制备方法

摘要

本发明提供一种超晶格结构的纳米晶Cr2N/非晶WC超硬膜及其制备方法，属于材料表面技术领域。本发明该超硬膜是由电弧离子镀的纳米晶体相Cr2N和磁控溅射镀的非晶体相WC层交替沉积而成，并且，超晶格的调制周期为10～20nm，Cr2N单层和WC单层的厚度分别为8～14nm和2～6nm。本发明的优点在于：Cr2N层与WC层交替分布实现了Cr-N基膜成分多元化和结构多层化，解决了抗氧化性较强的Cr-N基膜获得超高硬度的难题，同时非晶WC层进一步提高了Cr-N基膜的抗氧化和耐腐蚀性能，满足不能热处理的各类产品的表面强化需求。

主权项

一种超晶格结构的纳米晶Cr2N/非晶WC超硬膜，其特征在于该超硬膜是由电弧离子镀的纳米晶体相Cr2N和磁控溅射镀的非晶体相WC层交替沉积而成，并且，超晶格的调制周期为10～20nm，Cr2N单层和WC单层的厚度分别为8～14nm和2～6nm，该超硬膜的具体制备步骤如下：(1)将一对中频直流磁控溅射源相邻安装在真空室一侧，将两个电弧源安装在相对的另一侧，并且，直流磁控溅射靶和电弧离子镀靶与试样基底的距离分别为12cm和8cm；将抛光、清洗处理后的工件装入真空室，真空室真空度为3.5×10‑3～6.7×10‑3Pa，采用WC化合物为中频磁控溅射靶材，其中W和C的原子百分比均为50％，WC的纯度为99.5％；采用Cr单质为电弧离子镀靶材，其中，Cr的纯度为99.9％；(2)工件沉积镀膜前在真空室充Ar气流量为20SCCM，加偏压600V，对工件表面进行Ar离子轰击清洗，去除表面残留的吸附物及氧化物后；减少偏压至400～500V，设定工艺参数：工件转速5～10转/min，沉积偏压400～500V，沉积温度300～340℃，启动电弧源和磁控溅射源分别用于沉积Cr和WC多元非晶过渡层，用于沉积所述Cr和WC多元非晶过渡层的沉积时间为5～20min；加充N2气流量为40～80SCCM，用于沉积Cr2N和WC层，用于沉积所述Cr2N和WC层的沉积时间为60min。