本發明屬于金屬合金材料領域，具體涉及一種低內應力涂層及其制備方法。
背景技術：
涂層(coating)是涂料一次施涂所得到的固態連續膜，是為了防護、絕緣、裝飾等目的，涂布于金屬、織物、塑料等基體上的塑料薄層。涂料可以為氣態、液態、固態，通常根據需要噴涂的基質決定涂料的種類和狀態。
目前，一個完整的pvd涂層過程，通常包含了清洗工件表面、鍍結合層、鍍調制層、鍍功能層這四個步驟，其中鍍結合層的過程對于整個涂層而言特別重要，因為結合層與工件之間的貼合度、以及結合層與調制層之間的結合度，影響著整個pvd涂層的內應力。如果內應力大，則工件在使用到一定程度時，會導致工件的損毀，嚴重影響了工件的壽命。若內應力很小，則工件可以有一個相對較長的實用壽命。目前，鍍結合層的過程，通常都是采用固定電壓，若采用固定電壓，則靶材都是按照固定的力度沖擊工件，當靶材粒子沖擊到工件上的數量大于脫離工件表面的粒子數量時，靶材粒子就會粘附在工件表面，當采用固定電壓時，靶材粒子沖擊到工件上的力度比較均勻，當靶材粒子已經粘附在工件表面時，收到后來的粒子沖擊時，會發生一定的位移或形變，也就是說先粘附到工件表面的粒子，因為外力的作用，使得相鄰粒子之間的“拉力”產生波動，有的地方“拉力”大、有的地方“拉力”小，這就使得涂層內部的應力增加，當pvd涂層使用到一定程度時，由于內應力的作用，整個涂層可能會瞬間崩塌，嚴重影響了工件的使用壽命。
技術實現要素：
為了解決以上問題，本發明提出一種低內應力涂層及其制備方法，采用本發明的制備方法，制備出來的涂層內應力低，能夠大大延長工件的使用壽命。
為實現前述發明目的，本發明采用的技術方案包括：一種低內應力涂層的制備方法，其主要是在pvd涂層的鍍結合層的過程中，采用可調節式電壓，將電壓從清潔過程的電壓值v0逐漸增大到鍍調制層過程的電壓v1。在此過程中，由于電壓值的不斷增加，靶材粒子沖擊工件的力度會越來越大，靶材粒子粘附到工件表面的力量越來越大，且粘附的力度也越來越牢固。且由于電壓的增大，使得靶材粒子即使在沖撞到原來粘附到工件表面的粒子時，也可以將原先粘附力度相對較小的粒子沖擊開來，使得粘附力度更大的粒子可以更好的結合在工件的表面，使得最終靶材粒子能夠很牢固的結合在工件表面，且因為沖擊力度的增加，從而淘汰了結合力弱的靶材粒子，使得靶材粒子的各項異性減小，從而減小了涂層的內部應力，大大的增加了使用壽命。
進一步的，所述的可調節式電壓，電壓值從初始的清潔過程的電壓值v0逐步增大到鍍調制層過程的電壓v1。所述的調節電壓的方式包括：采用增減無功功率的方式、有功功率和無功功率結合的方式或者改變網絡參數的方式進行調壓。具體的，所述的增減無功功率的方式包括調節發電機、調相機、并聯電容器和并聯電抗器；所述的有功功率和無功功率結合方式包括調節變壓器、改變變壓器分接頭調壓；所述的改變網絡參數的方式包括采用串聯電容器、投停并列運行變壓器、投停空載或輕載高壓線路等。
進一步的，所述的可調節式電壓，電壓值從初始的清潔過程的電壓值v0逐步增大到鍍調制層過程的電壓v1，所需要的時間為10-60min；優選的，所需要的時間為20-40min；進一步優選的，所需要的時間為30min。采用10-60min的時間，可以使得鍍調制層過程中，后面的粒子有效地沖擊前面已經附著在工件表面的粒子，使得粘附不牢固的粒子被轟擊掉，剩余力度相似的粒子能夠粘附在工件表面，減小了金屬粒子的各項異性，使得涂層的整體內應力減小。
進一步的，所述的可調節式電壓，初始的清潔過程的電壓值v0的大小為30-50v，較為優選的，v0的大小為(40±0.004)v。初始電壓保持跟清潔過程的電壓相同，清潔過程中，采用v0的電壓，可以使得氫氣或者氬氣可以較為輕松的轟擊工件表面，將工件表面清洗得比較干凈，且不會損傷工件表面。
進一步的，所述的可調節式電壓，最終的電壓值v1為鍍調制層的電壓值，v1的大小為100-150v，較為優選的，v1的大小為(120±0.012)v。在此電壓下，靶材粒子可以和工件結合得比較牢固。結合層與調制層之間過渡平緩，金屬結合力較強，各項異性減小，涂層內應力減小。
進一步的，所述功能層的材料選自alcr，和/或所述alcr材料中al與cr的物質的量的比為70/30。
此外，本發明還提出了上述制備方法制備的低內應力涂層，其包括涂覆在基體材料上的結合層和貼覆在結合層上的多個復合層，所述的復合層包括調制層和貼覆在調制層上的功能層，所述結合層的厚度為0.2-0.7μm，和/或所述調制層的厚度為0.18μm，和/或所述功能層的厚度為0.05-0.15μm，和/或所述復合層的厚度為1.15-1.65μm。
與現有技術相比，本發明的優點包括：本發明提供了一種低內應力涂層及其制備方法，通過在涂層的制備過程中采用40v至120v逐漸上升的電壓對靶材分子進行沖撞，從而使靶材分子粘附到工件上，能夠大大降低涂層的內應力，從而延長涂層的使用壽命。本發明通過選用alcr材料作為功能層，且alcr材料中al與cr的物質的量的比為70/30，使得本發明涂層的功能層對外作用力各項相同，可有效提高功能層的作用效果，起到意想不到的效果。
附圖說明
圖1為本發明一典型實施方案之中低內應力涂層的結構示意圖；
附圖標記說明，1-基體材料，2-結合層，31-調制層，32-功能層32。
具體實施方式
下文將對本發明的技術方案作更為詳盡的解釋說明。但是，應當理解，在本發明范圍內，本發明的上述各技術特征和在下文(如實施例)中具體描述的各技術特征之間都可以互相組合，從而構成新的或優選的技術方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明：
實施例1
一種低內應力涂層的制備方法，包括清洗基體材料、鍍結合層、鍍調制層和鍍功能層四個步驟，所述的鍍結合層過程中采用可調節式電壓，將電壓從清洗基體材料過程的電壓值v0逐漸增大到鍍調制層過程的電壓v1。
進一步的，在調節電壓的過程中，采用有功功率與無功功率相互結合的方式調節電壓。
進一步的，電壓值從初始的清潔過程的電壓值v0逐步增大到鍍調制層過程的電壓v1，所需要的時間為11min；
進一步的，初始的清洗基體材料過程的電壓值v0的為39.996v，鍍調制層過程的電壓v1為119.988v。
進一步的，所述功能層的材料選自alcr，所述alcr材料中al與cr的物質的量的比為70/30。
此外，本發明還提出了上述制備方法制備的低內應力涂層，其包括涂覆在基體材料上的結合層和貼覆在結合層上的多個復合層，所述的復合層包括調制層和貼覆在調制層上的功能層，所述結合層的厚度為0.2μm，所述調制層的厚度為0.18μm，所述功能層的厚度為0.05μm，所述復合層的厚度為1.15μm。
實施例2
一種低內應力涂層的制備方法，包括清洗基體材料、鍍結合層、鍍調制層和鍍功能層四個步驟，所述的鍍結合層過程中采用可調節式電壓，將電壓從清洗基體材料過程的電壓值v0逐漸增大到鍍調制層過程的電壓v1。
其中，在鍍結合層的過程中，調節電壓的方式包括采用增減無功功率的方式。
進一步的，電壓值從初始的清潔過程的電壓值v0逐步增大到鍍調制層過程的電壓v1，所需要的時間為59min；
進一步的，初始的清洗基體材料過程的電壓值v0的為40.004v，鍍調制層過程的電壓v1為120.012v。
進一步的，所述功能層的材料選自alcr，所述alcr材料中al與cr的物質的量的比為70/30。
此外，本發明還提出了上述制備方法制備的低內應力涂層，其包括涂覆在基體材料上的結合層和貼覆在結合層上的多個復合層，所述的復合層包括調制層和貼覆在調制層上的功能層，所述結合層的厚度為0.7μm，所述調制層的厚度為0.18μm，所述功能層的厚度為0.15μm，所述復合層的厚度為1.65μm。
實施例3
一種低內應力涂層的制備方法，包括清洗基體材料、鍍結合層、鍍調制層和鍍功能層四個步驟，所述的鍍結合層過程中采用可調節式電壓，將電壓從清洗基體材料過程的電壓值v0逐漸增大到鍍調制層過程的電壓v1。
其中，在鍍結合層的過程中，調節電壓的方式包括采用改變網絡參數相互結合的方式。
較為優選的，電壓值從初始的清潔過程的電壓值v0逐步增大到鍍調制層過程的電壓v1，所需要的時間為30min。
進一步的，初始的清洗基體材料過程的電壓值v0的為40v，鍍調制層過程的電壓v1為125v。
進一步的，所述功能層的材料選自alcr，和/或所述alcr材料中al與cr的物質的量的比為70/30。
此外，本發明還提出了上述制備方法制備的低內應力涂層，其包括涂覆在基體材料上的結合層和貼覆在結合層上的多個復合層，所述的復合層包括調制層和貼覆在調制層上的功能層，所述結合層的厚度為0.45μm，所述調制層的厚度為0.18μm，所述功能層的厚度為0.1μm，所述復合層的厚度為1.4μm。
本發明涂層的具體制備方法包括以下步驟：
s1、選取并清洗基體材料1，首先將基體材料1放置于真空鍍膜設備中，調節設備真空度為6×10-5mbar，加熱60min，使得溫度升高到460-480℃，所述的基體材料1可選自高速鋼，備用；
s2、鍍結合層2：將alcr靶材置于分子泵頻率為72％、壓力為2.5×10-2mbar、弧電流為150a、偏置電壓為40-120v、溫度為480℃的氮氣環境中處理30min，即在基體材料1上制得結合層2，所述的alcr靶材中al與cr的物質的量的比為70/30；
s3、鍍調制層31：將鍍有結合層2的alcr靶材置于分子泵頻率為72％、壓力為4×10-2mbar、弧電流為180a、偏置電壓為120v、溫度為480℃的氮氣環境中處理10min，即制得調制層31；
s4、鍍功能層32：將tisi靶材置于分子泵頻率為72％、壓力為4×10-2mbar、弧電流為200a、偏置電壓為40v、溫度為480℃的氮氣環境中處理10min，即制得功能層32，所述的tisi靶材中ti與si的物質的量的比為85/15；
s5、多次重復上述步驟三制備調制層31和步驟四制備功能層32的過程，即制得所述的低內應力涂層。
實驗例
選取質量、外觀相近的六百個鉆頭，均分為a、b、c、d、e、f六組，在a、b、c三組的鉆頭上分別按照實施例1、實施例2和實施例3的方法制備涂層；在d、e、f三組的鉆頭上也采用實施例1、實施例2和實施例3的方法制備涂層，但制備結合層的過程中采用40v的固定電壓。
實驗結果為：a、b、c三組的鉆頭使用時間平均為152天，150天，170天，d、e、f三組的鉆頭使用時間平均為68天，60天，58天。
上述實驗結果表明：在結合層的制備過程中采用變壓能夠大大延長使用壽命，其中尤以實施例3的方法所制備的涂層使用壽命最長。本發明的技術內容及技術特征已揭示如上，然而熟悉本領域的技術人員仍可能基于本發明的教示及揭示而作種種不背離本發明精神的替換及修飾，因此，本發明保護范圍應不限于實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本發明的替換及修飾，并為本專利申請權利要求所涵蓋。