Si )N/(Cr，Al，Si )N納米薄膜的表面更為光滑致密，完全滿足 于手表外觀件的裝飾性能要求。
[0173] 實施例3
[0174] 1)不銹鋼工件預處理：室溫下，將拋光不銹鋼手表外觀件工件置于盛有環保型水 性金屬清洗液的超聲清洗機中進行表面清洗除油;再將清洗后工件放入乙醇溶液經脫水處 理后干燥。
[0175] 2)工件表面離子清洗：（1)將拋光不銹鋼手表外觀件工件置于反應爐內并保持反 應爐內的真空度為1. 〇Pa; (2)在Ta-HCD電子槍起弧后控制其電流為80A，保持Ta-HCD源的等 離子體電弧直接照射工件表面，直到真空室內溫度達到120°C; (3)保持反應爐內真空度為 l.OPa，調整Ta-H⑶電子槍電流為100A，并對工件施加脈沖負偏壓為-100V;(4)啟動2個陰極 弧Cr靶材并控制陰極弧靶電流為60A，進行工件表面離子清洗10分鐘，并保持反應爐真空室 內溫度不超過300 °C。
[0176] 3)基底層高純Cr薄膜制備：（1)通入Ar氣并保持反應爐內的真空度為l.OPa，保持 Ta-HCD電子槍電流為100A，并對工件施加脈沖負偏壓為-120V; (2)保持2個高純Cr陰極弧靶 電流為60A;(3)進行基底層高純Cr薄膜沉積，其工作時間為20分鐘，并保持反應爐真空室內 溫度不超過300 °C。
[0177] 4)過渡層CrN薄膜制備：（1)通入N2氣的流量為160mL/Min，通入Ar氣并保持反應爐 內真空度為5.0Pa;(2)保持2個Cr陰極弧靶電流為60A;(3)保持Ta-HCD電子槍電流為100A， 并對工件施加脈沖負偏壓為-120V; (4)進行過渡層CrN薄膜沉積，其工作時間為30分鐘，并 保持反應爐真空室內溫度不超過300°C。
[0178] 5)梯度層(Cr，Si)N薄膜制備：（1)通入N2氣的流量為400mL/Min，通入Ar氣并保持 反應爐內真空度為5. OPa; (2)同時開啟4個陰極弧靶，包括高純Cr和(Cr，Si)靶材各2個， (Cr，Si)靶材的組分比例為(Cr90 %，Si 10 % )，并控制陰極弧靶電流為60A; (3)控制Ta-HCD 電子槍電流為120A并對工件施加脈沖負偏壓為-100V; (4)進行梯度層(Cr，Si )N薄膜沉積， 其工作時間為30分鐘，并保持反應爐真空室內溫度不超過300 °C。
[0179] 6)表面層(Cr，Al，Si)N薄膜制備：（1)保持Ta-HCD電子槍電流為120A并關閉2個高 純Cr陰極弧靶；（2)保持上述步驟中高純(Cr90%，Sil0%)陰極弧靶開啟；同時開啟2個高純 (八1，51)磁控濺射靶，并選取以1，51)靶材的組分比例為以195%，515%);(3)分別控制陰極 弧靶電流為60A、磁控濺射靶電流為2.0A，同時對工件施加脈沖負偏壓為-100V;(4)Ar氣一 部分從磁控濺射靶源通入、一部分從輔助線性離子源通入，并在工件四周通入犯氣，二者的 流量比為Ar: N2 = 25 % : 75 %，并保持通入氣體流量為800mL/Min及反應爐真空室內真空度 為5. OPa、溫度不超過300°C ; (5)表面層(Cr，Al，Si)N薄膜的沉積時間為100分鐘。
[0180] 7)工件成品性能檢測:本實施例制備不銹鋼工件表面鍍層為銀灰色。
[0181] (1)本實施例制備鍍層整體厚度為4.9微米，采用^0_100(^1/"0型數字式顯微硬 度計測試樣品表面鍍膜顯微維氏硬度為2760HV0.025;
[0182] (2)將試樣彎曲成90°，再彎曲回到原位置、往復3次，然后在照明燈下用4倍放大鏡 目測試樣，觀察彎曲處鍍層表面沒有出現起皺、起泡、剝落、裂痕等不良現象、符合ISO 27874:2008(E)標準要求；
[0183] (3)首先對不銹鋼工件試樣進行120h人工汗液腐蝕試驗，其次對工件試樣進行 120h的標準鹽霧試驗測試，在照明燈下用4倍放大鏡目測試樣，觀察試樣經上述實驗后其表 面涂/鍍層沒有出現腐蝕白點、斑點、銹蝕物及鹽析等不良現象、符合QB/T 1901.2-2006、 GB/T 10125-2012和ISO 3160-2:2003、ISO 14993:2001 標準要求。
[0184] (4)不銹鋼工件試樣經振動研磨測試后，標準316L不銹鋼模塊的磨削量為5.36mg， 在VHX-500FE型數碼顯微鏡下用200倍目鏡觀察試樣表面鍍層，沒有發現明顯劃痕及露底變 色等不良現象、符合ISO 23160:2011標準要求。
[0185] 實施例4~9
[0186] 采用與實施例2類似的工藝參數，通過調整步驟(6)中采用的(Cr，Si)和(Al，Si)合 金靶材的組分比例以及氣體流量比控制摻雜元素的化學計量比來調整不銹鋼工件表面 (Cr，Al，Si )N納米薄膜鍍層性能，相關數據及測試指標參見表1。
[0187] 表1-不同含量摻雜元素對應Cr/CrN/(Cr，Si)，N/(Cr，Al，Si)N薄膜的維氏硬度
[0188]
[0189」從上表中可見，通過本發明的方法獲得的梯度納米多層涂層的硬度達到了 2000以 上。
[0190]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員 來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保 護范圍。因此，本發明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1. 一種在鋼工件表面上沉積功能梯度納米多層涂層的方法，該方法包括如下步驟： S400通過空心陰極電子束輔助脈沖偏壓多弧離子鍍在所述鋼工件表面上沉積Cr基底 層； S500通過空心陰極電子束輔助脈沖偏壓多弧離子鍍在所述Cr基底層上沉積CrN過渡 層； S600通過空心陰極電子束輔助脈沖偏壓多弧離子鍍在所述CrN過渡層上沉積(Cr，Si)N 梯度層； S700通過空心陰極電子束輔助多弧離子鍍與脈沖偏壓離子束輔助磁控濺射在所述 (Cr，Si)N梯度層上沉積(Cr，Al，Si)N表面層。2. 根據權利要求1所述的方法，其中步驟S400包括:在配備有空心陰極放電電子槍、反 應爐、惰性氣體通入裝置和兩個Cr靶弧源的離子鍍膜機中，在如下條件下進行所述Cr基底 層的沉積： 通過所述惰性氣體通入裝置向所述反應爐內通入Ar氣； 保持所述反應爐內的真空度為〇. 1~1 .OPa， 所述空心陰極放電電子槍的電流為80~120A， 對所述鋼工件施加的脈沖負偏壓為-200~-100V， 所述兩個Cr靶弧源陰極弧靶電流是相同或不同的，并且各自獨立地為50~80A， 工作時間為20~40分鐘，和 溫度為不超過300 °C。3. 根據權利要求1所述的方法，其中步驟S500包括:在配備有空心陰極放電電子槍、反 應爐、惰性氣體通入裝置、他通入裝置和兩個Cr靶弧源的離子鍍膜機中，在如下條件下進行 所述CrN過渡層的沉積： 通過所述惰性氣體通入裝置向所述反應爐內通入Ar氣； 通過所述N2通入裝置向所述反應爐內通入N2，通入的N2氣流量為80~200mL/Min; 保持所述反應爐內的真空度為2.0~5. OPa， 所述兩個Cr靶弧源陰極弧靶電流是相同或不同的，并且各自獨立地為50~80A， 所述空心陰極放電電子槍的電流為120~160A， 對所述鋼工件施加的脈沖負偏壓為-200~-100V， 工作時間為30~60分鐘，和 溫度為不超過300 °C。4. 根據權利要求1所述的方法，其中步驟S600包括:在配備有空心陰極放電電子槍、反 應爐、惰性氣體通入裝置、犯通入裝置、兩個Cr靶弧源和兩個(Cr，Si)靶弧源的離子鍍膜機 中，在如下條件下進行所述(Cr，Si)N梯度層的沉積： 通過所述惰性氣體通入裝置向所述反應爐內通入Ar氣； 通過所述N2通入裝置向所述反應爐內通入N2，通入的N2氣流量為200~400mL/Min; 保持所述反應爐內的真空度為2.0~5. OPa， 所述兩個Cr靶弧源陰極弧靶電流是相同或不同的，并且各自獨立地為50~80A， 所述兩個(Cr，Si)靶弧源陰極弧靶電流是相同或不同的，并且各自獨立地為50~80A， 所述兩個(Cr，Si)靶弧源是相同或不同的，并且各自的靶材組分比例獨立地為Cr:Si = (85 ~95at%):(5 ~15at%)， 所述空心陰極放電電子槍電流為120~160A， 對所述鋼工件施加的脈沖負偏壓為-200~-100V， 工作時間為30~60分鐘，和 溫度為不超過300 °C。5. 根據權利要求1所述的方法，其中步驟S700包括:在配備有空心陰極放電電子槍、反 應爐、惰性氣體通入裝置、他通入裝置、兩個(Cr，Si)靶弧源和兩個(Al，Si)靶磁控濺射源的 離子鍍膜機中，在如下條件下進行所述(Cr，Al，Si)N表面層的沉積： 通過所述惰性氣體通入裝置向所述反應爐內通入Ar氣； 通過所述N2通入裝置向所述反應爐內通入N2 ; 通入惰性氣體Ar和N2的氣體總流量為600~800mL/Min，且通入氣體體積流量比Ar: N2為 (20~35% ):(65~80%); 所述反應爐內的真空度為2.0~5. OPa， 所述空心陰極放電電子槍的電流為120~160A， 所述兩個（Cr，Si)靶弧源陰極弧靶的電流是相同或不同的，并且各自獨立地為50~ 80A， 所述兩個（Al，Si)靶磁控濺射源的電流是相同或不同的，并且各自獨立地為2.0~ 4.0A， 所述兩個(Cr，Si)靶弧源是相同或不同的，并且各自的靶材組分比例獨立地為Cr:Si = (85 ~95at%):(5 ~15at%) 所述兩個(Al，Si)靶磁控濺射源是相同或不同的，并且各自的靶材組分比例獨立地為 A1: Si = (90~100at% ): (0~10at% ) 對所述鋼工件施加的脈沖負偏壓為-200~-100V， 工作時間為60~120分鐘，和 溫度為不超過300 °C。6. -種在鋼工件表面上沉積的功能梯度納米多層涂層，該功能梯度納米多層涂層是通 過根據權利要求1至5中任一項所述方法沉積，并且所述功能梯度納米多層涂層包括： 在所述鋼工件表面上沉積的Cr基底層； 在所述Cr基底層上沉積的由元素 Cr和N組成的CrN過渡層； 在所述CrN過渡層上沉積的由元素 Cr、Si和N組成的(Cr，Si )N梯度層;和 在所述(Cr，Si )N梯度層上沉積的由元素 Cr、A1、Si和N組成的(Cr，A1，Si )N表面層。7. 根據權利要求6所述的在鋼工件表面上沉積的功能梯度納米多層涂層，其中所述Cr 基底層、CrN過渡層和(Cr，Si)N梯度層是通過空心陰極電子束輔助脈沖偏壓多弧離子鍍沉 積在所述鋼工件表面上的。8. 根據權利要求6所述的在鋼工件表面上沉積的功能梯度納米多層涂層，其中所述 (Cr，Al，Si)N表面層是通過空心陰極離子束輔助多弧離子鍍與脈沖偏壓離子束輔助磁控濺 射沉積在所述(Cr，Si )N梯度層上的。9. 根據權利要求6至8中任一項所述的在鋼工件表面上沉積的功能梯度納米多層涂層， 其中所述功能梯度納米多層涂層的整體厚度為3~5μπι，表面硬度值為HV2000~3200。10.-種制品，其包含 鋼工件，尤其是鐘表組件，和 根據權利要求6至9中任一項所述的功能梯度納米多層涂層，所述功能梯度納米多層涂 層沉積在所述鋼工件表面上并覆蓋至少一部分所述鋼工件表面。
【專利摘要】本發明涉及鋼工件表面上功能梯度納米多層涂層的制備方法和包含所述功能梯度納米多層涂層的制品。具體地，本發明公開了一種在鋼工件表面上沉積功能梯度納米多層涂層的方法以及在鋼工件表面上沉積的所述功能梯度納米多層涂層。本發明還涉及一種制品，該制品包含所述鋼工件和沉積在所述鋼工件表面上并覆蓋至少一部分所述鋼工件表面的所述功能梯度納米多層涂層。所述功能梯度納米多層涂層包括在所述鋼工件表面上沉積的Cr基底層；在所述Cr基底層上沉積的CrN過渡層，在所述CrN過渡層上沉積的(Cr,Si)N梯度層，和在所述(Cr,Si)N梯度層上沉積的(Cr,Al,Si)N表面層。所述功能梯度納米多層涂層的色澤以銀灰色和仿不銹鋼色為主，其整體厚度為3～5μm，表面硬度值達HV2000～3200。所述功能梯度納米多層涂層具備高光潔度、高結合強度、高表面硬度，并且耐磨損、耐腐蝕性能優良。
【IPC分類】C23C14/16, C23C14/32, C23C14/35, C23C14/06
【公開號】CN105568230
【申請號】CN201511003559
【發明人】趙可淪, 劉海華, 王永寧
【申請人】珠海羅西尼表業有限公司
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月25日