[發(fā)明專利]一種自潤滑硬質(zhì)納米復(fù)合多層涂層及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910193490.0
• 申請日: 2009-10-30
• 公開（公告）號: CN101698362A
• 公開（公告）日: 2010-04-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 彭繼華
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: B32B9/04
• 分類號: B32B9/04;C23C14/30;C23C14/32;C23C14/06;C23C14/18
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李衛(wèi)東

1.一種自潤滑硬質(zhì)納米復(fù)合多層涂層，其特征在于：該納米復(fù)合多層涂層是在硬質(zhì) 合金或鋼鐵基體上形成三層膜層，第一層TiN膜作為結(jié)合層和過渡層；第二層為金屬陶瓷 化合物；第三層為金屬陶瓷化合物與MoS₂復(fù)合膜層，組成結(jié)構(gòu)為TiN/金屬陶瓷化合物/金 屬陶瓷化合物+MoS₂復(fù)合多層涂層；所述金屬陶瓷化合物為TiCN或TiAlN。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述自潤滑硬質(zhì)納米復(fù)合多層涂層的制備方法，其特征在于包括如 下步驟和工藝條件：

(1)工件表面預(yù)處理：將工件置于堿性金屬清洗液進行表面除油；室溫下將工件置于 盛有堿性金屬清洗液的超聲清洗機中超聲處理；然后將清洗后的工件放入純乙醇溶液脫水 處理后干燥；所述工件為硬質(zhì)合金或鋼鐵基體工件；

(2)預(yù)加熱：將經(jīng)過預(yù)處理的工件裝入真空鍍膜爐中，抽真空達到5x10^-3Pa后，通入 Ar氣，維持真空度為0.1-0.4Pa，啟動HCD電子槍及爐體內(nèi)加熱裝置；HCD電子槍起弧后， 控制HCD電子槍電流在110-180A；HCD源的直流等離子體電弧直接照射工件表面，直到 真空室內(nèi)達到100℃-200℃；

(3)表面清洗刻蝕：通入Ar維持鍍膜爐真空室壓力為0.1-0.4Pa，調(diào)整HCD槍電流為 120-180A；對工件施加300-800V脈沖偏壓；啟動1-3個陰極多弧鈦靶，濺射出來的鈦離 子在電場作用下轟擊工件表面；在高能電子和金屬離子共同作用下清洗和刻蝕表面，清洗 刻蝕工件30-60分鐘，鍍膜爐真空室室內(nèi)溫度不超過300℃；

(4)過渡層制備：關(guān)閉步驟(3)開動的陰極多弧鈦靶，保持步驟(2)中Ar氣通入量， 調(diào)節(jié)N₂氣通入量使鍍膜爐真空室壓力增加到0.3-0.5Pa；聚焦HCD電子槍直流電弧于坩堝， HCD電子槍電流為130-160A；蒸發(fā)坩鍋中純鈦3-7分鐘后關(guān)閉HCD電子槍，關(guān)閉Ar氣源； 調(diào)節(jié)N₂流量，保持真空室壓力為0.5-1.5Pa，先啟動至少2個陰極多弧鈦靶，陰極多弧鈦靶 電流為80-90A，對工件施加300-400V脈沖偏壓，施加10-20分鐘；

(5)(金屬陶瓷化合物+MoS₂)納米多層制備：關(guān)閉步驟(4)中陰極多弧鈦靶；調(diào)節(jié) N₂、C₂H₂、H₂S的流量達到相應(yīng)分壓比值，保持真空室內(nèi)總壓力為0.1-0.35Pa；調(diào)整陰極多 弧靶電流為70-90A；調(diào)整工件偏壓為100-200V；該涂層制備分為如下的兩個階段，其 中TiAl合金靶的成分為Ti₄₀Al₆₀：

a)首先啟動1-4個陰極多弧鈦靶或陰極多弧TiAl合金靶，涂制0.5-5μm的成分為TiCN 或TiAlN的涂層；涂制TiCN時，通入N₂和C₂H₂，保持鍍膜爐真空室總壓力為0.1-0.2Pa， P_C2H2∶P_N2＝7∶10～1∶1；涂制TiAlN時，僅通入N₂，保持鍍膜爐真空室總壓力為0.2-0.35Pa；

b)然后調(diào)整通入氣體中H₂S含量，維持步驟a)鍍膜室真空室總壓力不變，使通入工作 氣體中H₂S的分壓達到總壓力的1/10，啟動1個陰極多弧Mo靶/或陰極多弧MoS₂靶，在 涂層的外層區(qū)域獲得TiCN+MoS₂復(fù)合涂層或TiAlN+MoS₂復(fù)合涂層，該區(qū)域涂制厚度控制 為0.5-1.0μm；涂層結(jié)束時鍍膜爐真空室內(nèi)溫度低于400℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自潤滑硬質(zhì)納米復(fù)合多層涂層的制備方法，其特征在于：步 驟(2)所述的鍍膜爐真空室內(nèi)壓力2.3x10^-1-2.5x10^-1Pa；HCD電子槍電流為120-160A。