T/CI 863-2024 硬质涂层的电弧 溅射复合离子镀设备技术条件

　　ICS 25.220.40 CCS A20

　　团 体 标 准

　　T/CI 863—2024

　　硬质涂层的电弧/溅射复合离子镀设备

　　技术条件

　　Technical requirements for the hybrid arc/sputtering ion plating equipment for

　　hard coatings

　　2024-12-30 发布 2024-12-30 实施

　　中国国际科技促进会 发 布湖北科学技术出版社 出 版

　　T/CI 863—2024

　　目 次

　　前言 II

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语和定义 1

　　4 复合离子镀沉积刀具涂层的技术要求 2

　　4.1 镀膜前刀具表面质量控制技术要求 2

　　4.2 靶材质量及检验方法 2

　　4.3 复合离子镀设备的真空技术要求 2

　　4.4 复合离子镀的沉积参数要求 2

　　5 复合离子镀刀具涂层的性能要求和检测方法 3

　　5.1 外观和刀具工作部分 3

　　5.2 涂层厚度 3

　　5.3 涂层硬度 3

　　5.4 结合强度 3

　　5.5 涂层内应力 3

　　5.6 涂层耐磨性 4

　　I

　　T/CI 863—2024

　　前 言

　　本文件按照GB/T 1.1—2020《标准化工作导则 第 1 部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。

　　本文件由广东华升纳米科技股份有限公司提出。

　　本文件由中国国际科技促进会归口。

　　本文件起草单位：广东华升纳米科技股份有限公司、广东工业大学、森泰英格(成都)数控刀具股份有限公司、东莞市中机融耀金属切削刀具有限公司、东莞爱加真空科技有限公司、苏州六九新材料科技有限公司、深圳职业技术大学、辽宁卓越真空设备有限公司、天津职业技术师范大学、北京丹普表面技术有限公司、深圳戴尔蒙德科技有限公司。

　　本文件主要起草人：李立升、王启民、林海天、许雨翔、李海峡、高荣、伍运锋、魏铁峰、赵升升、王铁钢、胡中军、唐杰。

　　本文件为首次发布。

　　II

　　T/CI 863—2024

　　硬质涂层的电弧/溅射复合离子镀设备技术条件

　　1 范围

　　本文件规定了电弧/溅射复合离子镀设备的技术条件和所沉积硬质涂层的检测方法。

　　本文件适用于硬质涂层的电弧/溅射复合离子镀设备。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件;不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

　　GB/T 10561 钢中非金属夹杂物含量的测定标准评级图显微检验法

　　GB/T 11164 真空镀膜设备通用技术条件

　　GB/T 19502 表面化学分析辉光放电发射光谱方法通则

　　GB/T 23611 金及金合金靶材

　　GB/T 25898 仪器化纳米压入试验方法薄膜的压入硬度和弹性模量

　　GB/T 30707 精细陶瓷涂层结合力试验方法划痕法

　　GB/T 44335 精细陶瓷涂层试验方法基于Stoney公式的陶瓷涂层内应力测定

　　GB/T 45771 精细陶瓷 干潮环境下陶瓷薄膜的摩擦磨损特性评价方法

　　JB/T 7707 离子镀硬膜厚度试验方法球磨法

　　JB/T 11442 整体硬质合金涂层刀具 检测方法

　　NB/T 47013.3 承压设备无损检测第3部分：超声检测

　　3 术语和定义

　　下列术语和定义适用于本文件。

　　3.1

　　复合离子镀 hybrid ion plating

　　在真空条件下，利用气体放电溅射一靶材的同时可利用电弧蒸发另一靶材，且通过偏置电压在气体离子或被离化的靶材物质的轰击作用的同时在基体上镀膜的技术。

　　3.2

　　硬质涂层 hard coatings

　　1

　　T/CI 863—2024

　　纳米压痕硬度超过20 GPa的涂层材料，根据化学成分，分为氮化物涂层、硼化物涂层、氧化物涂层、碳基涂层或上述材料组合而成的复合涂层。

　　4 复合离子镀沉积刀具涂层的技术要求

　　4.1 镀膜前刀具表面质量控制技术要求

　　4.1.1 刀具清洗前、清洗后表面质量要求如下：

　　a)刀具在清洗前刃口上无缺口;

　　b)刀具经过清除油污、活化、漂洗、脱水干燥等工序后，表面不得有油污、水锈和水渍等残留物。

　　4.1.2 刀具表面质量的检验方法：采用体视显微镜在 20~200 倍下进行观测。

　　4.1.3 刀具清洗后的存放要求：存放于洁净干燥环境，环境相对湿度≤40%，存放时间≤24 h;经喷砂处理的刀具存放时间≤2 h。

　　4.2 靶材质量及检验方法

　　4.2.1 质量要求：

　　a)采用真空冶炼方法或粉末冶金烧结方法，纯度>99.5%;

　　b)靶材表面粗糙度≤1.6;

　　b)不允许有裂纹、气孔、金属或非金属夹杂物及其他缺陷。

　　4.2.2 检验方法：

　　a)纯度检验采用辉光放电质谱法，应符合 GB/T 19502 的规定;

　　b)表面粗糙度、尺寸偏差、外观质量检验应符合 GB/T 23611 的规定;

　　c)靶材金相组织检验方法应符合 GB/T 10561 的规定;

　　d)若需方需要进行无损探伤，所用探伤方法及判定级别由双方商定;其中超声检验方法应符合NB/T 47013.3 的规定。

　　4.3 复合离子镀设备的真空技术要求

　　极限压力： ≤5×10-4 Pa;抽气时间： ≤20 分钟(大气抽至 7×10-3 Pa);升压率： ≤0.8 Pa/h;真空室工作温度上限： ≥500 ℃。

　　极限压力、抽气时间和升压率的检测方法应符合GB/T 11164 的规定;真空室工作温度采用热电偶进行测量。

　　4.4 复合离子镀的沉积参数要求

　　4.4.1 工作气压为0.25～5.00 Pa ，工作温度为室温至600 ℃。

　　4.4.2 真空腔室内至少含1个电弧沉积源和1个溅射沉积源。

　　4.4.3 基体转架的转速为1～10 rpm。

　　4.4.4 电弧沉积参数：复合离子镀膜过程中电弧靶材电流密度为0～1.5 A/cm2 ;电弧励磁场线圈电压范围为1～100 V 、频率为1～100 Hz。

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　　4.4.5 溅射沉积参数：复合离子镀膜过程中溅射电源的峰值电流密度范围0.1～0.8 A/cm2、频率≤100 kHz 、 占空比1%～100%。

　　4.4.6 基体偏压参数：复合离子镀膜过程中偏压电源的电压范围0～1500 V 、 电流范围0～100 A 、频率范围0～100 kHz 、 占空比1%～100%。

　　5 复合离子镀刀具涂层的性能要求和检测方法

　　5.1 外观和刀具工作部分

　　5.1.1 外观：表面涂层应完整，无剥落;同一炉次涂层色泽应具有一致性，装夹在不同高度上的涂层刀具表面肉眼观察无可见的色差。

　　5.1.2 刀具工作部分：无崩刃、裂纹和弧斑等影响使用性能的缺陷。

　　5.1.3 刀具外观和工作部分的涂层后检验应符合 JB/T 11442 的规定，涂层后刀具的外观用肉眼观察检测，刀具工作部分用 20～40 倍体视显微镜观察检测。

　　5.2 涂层厚度

　　复合离子镀涂层的厚度在 1～10 μm 范围，允许偏差±0.5 μm

　　涂层厚度采用球磨法进行检测，球磨法测量应符合JB/T 7707的规定。

　　5.3 涂层硬度

　　复合离子镀涂层的纳米压痕硬度≥32 GPa ，允许偏差±1.5 GPa。

　　采用纳米压痕法进行检测，符合 GB/T 25898 的规定，同一表面上重复测量次数大于6 次后取平均值。为提高测量结果的可靠性，测试前可采用粒度为 1 μm 的金刚石悬浮液对涂层表面进行轻微抛光。当涂层刀具不便进行性能检测时，可使用随炉试样检测。

　　5.4 结合强度

　　涂层的划痕结合力 Lc2≥75 N。

　　涂层结合强度采用划痕法进行检测，划痕法检测(加载速率 100 N/min)应符合GB/T 30707 的规定，用金相显微镜或扫描电子显微镜对划痕进行观察以确定临界载荷。

　　5.5 涂层内应力

　　随炉 SUS304 不锈钢样片上复合离子镀涂层的残余内应力≤6 GPa，不锈钢样品的推荐尺寸为 50 mm × 10 mm ×0.75 mm。

　　涂层内应力采用基于 Stoney 公式的方法测量，将测量单面镀有刀具涂层的板条状或圆盘状随炉试样的曲率半径变化的结果应用于 Stoney 公式来计算涂层内应力;适用于涂层厚度小于基体厚度的 10%、样品轮廓曲率呈球形、样品变形为弹性形变、基体初始轮廓平坦或曲率已知的陶瓷涂层内应力的测定，内应力检测应符合 GB/T 44335 的规定。

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　　5.6 涂层耐磨性

　　室温下，采用高纯氧化铝对磨球在5 N载荷、0.1 m/s线速度、100 m滑动距离(或8000圈)下，复合离子镀涂层的磨损率≤5×10-6 mm3/(N ·m )。

　　耐磨性检测应符合GB/T 45771的规定，采用随炉平面样块或平整刀具表面与对磨材料通过往复式或者球盘式在一定的载荷和线速度下滑动摩擦一定路程后测定涂层表面的磨损去除体积的方式，可得单位载荷单位滑动距离下的磨损体积，即为磨损率。涂层磨损体积可采用激光共聚焦显微镜或者白光干涉仪对磨痕的三维轮廓形貌进行测定来获得。

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