[發(fā)明專利]多層涂層

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201080009927.1
• 申請日: 2010-01-28
• 公開（公告）號: CN102341527A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: J·R·尼科爾斯;K·J·勞森;J·拉奧;A·格魯帕
• 申請（專利權(quán)）人: 梯爾鍍層有限公司;克蘭菲爾德大學(xué)
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C14/35
• 代理公司: 永新專利商標(biāo)代理有限公司 72002
• 代理人: 苗征;于輝

本發(fā)明涉及形成涂層的方法和所述涂層本身。現(xiàn)有涂層的問題在于雖然可以將它們形成以具有特定的性能，但是這可能不利于該涂層的其它性質(zhì)，因此這將該涂層的用途限制在特定用途。

從美國專利4554201、4895770、4904542和5656364已知在基材上制備多層耐磨涂層，其中所述多層體系耐受與金屬切割相關(guān)的磨損(US?4554201和US?4895770)、耐受滑動磨損或侵蝕(US?4904542、US?5656364)。

從美國專利(US?5656364)和歐洲專利(EP0366289A、EP0289173A)已知使用金屬材料和金屬材料的氮化物、碳化物或氧化物材料的交替涂層在基材表面上制備多層耐磨涂層。特別在專利EP02089173A中，所述多層由鈦和氮化鈦構(gòu)成。在專利US?4904542中，所述多層由鈦、鋯、鉿或鉭與所選材料的氮化物構(gòu)成。在專利US?5656364中，所述多層由二硼化鈦和具有高彈性模量的金屬材料，如基于鎢的合金構(gòu)成。專利US?5656364排除使用低彈性模量材料如鋁和鈦用于其中所公開的耐侵蝕多層涂層體系中。

本發(fā)明的目的是提供彈性涂層，其特征在于所述涂層的變形基本恢復(fù)，并得到相對耐磨的性質(zhì)。

本發(fā)明的第一方面提供了用于基材表面的耐磨涂層，所述涂層具有至少一個金屬材料層和至少一個陶瓷材料層，并且其具有充分的彈性以耐沖擊、侵蝕和/或循環(huán)負(fù)載磨損過程。

在一個實施方案中，所述涂層由多個金屬材料層和陶瓷材料層構(gòu)成。在一個實施方案中，所述涂層由至少四個層組成。通常所述陶瓷層與所述金屬材料層交替。

在一個實施方案中，至少一個所述金屬層由“形狀記憶合金”形成，所述“形狀記憶合金”通常提供所需的彈性性能。

在一個實施方案中，所述陶瓷層是第4、5或6族金屬和/或鋁或硅的硼化物、碳化物、氮化物或氧化物中的任意一種或任意組合。根據(jù)本發(fā)明的一個形式，提供了具有合金層和至少一個由硼化物、碳化物、氮化物或氧化物形成的陶瓷層的涂層。

通常，所述金屬層包含NiTi合金和/或選自鎳、鈦、鉻、鋁、鉑、鉿、鋯、鈷、銅和/或釔元素以提供形狀記憶合金性質(zhì)，并且優(yōu)選提供超彈性性能。

在一個實施方案中，在一定溫度下沉積多層涂層以輔助所述“形狀記憶合金”層的重結(jié)晶。

通常使用的陶瓷是所述“形狀記憶合金”材料中包含的合金元素之一的硼化物、碳化物、氮化物或氧化物，以確保在各層之間良好的化學(xué)粘接。

在一個實施方案中，沉積界面陶瓷層。在一個實施方案中，所述界面層是所述“形狀記憶合金”材料中包含的合金元素之一的硼化物、碳化物、氮化物或氧化物。

通常，所述陶瓷層的厚度在0.1-5.0μm的范圍內(nèi)，優(yōu)選0.3-3.0μm。

在一個實施方案中，所述陶瓷層厚度小于如下定義的陶瓷脆性斷裂的臨界厚度：

hc=EγS2f.σ2]]>

其中E是陶瓷的彈性模量，γ_S是陶瓷的斷裂表面能，σ是因沖擊負(fù)載而在陶瓷層中產(chǎn)生的最大拉伸應(yīng)力，以及f是與接觸幾何形狀相關(guān)的幾何因子，通常對于模量為300GPa的1μm厚度陶瓷層為16。

在一個實施方案中，所述陶瓷層本身是多個層，并且各層可以具有不同的具有不同的陶瓷組成，從而所述陶瓷層顯示出超晶格結(jié)構(gòu)，這改善了硬度和耐斷裂性。

在本發(fā)明的另一個實施方案中，提供了在基材上形成彈性涂層的方法，所述方法包括涂覆多個陶瓷材料層和多個金屬材料層的步驟，并且其中在形成所述涂層時，所述陶瓷材料層與金屬材料層交替。

在一個實施方案中，至少一個所述金屬層由形狀記憶合金形成。

在一個實施方案中，使用濺射方法提供所述陶瓷層，并且優(yōu)選使用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍(CFUBMSIP)以改善所述陶瓷層的粘合性和結(jié)構(gòu)/性質(zhì)。

在一個實施方案中，使用濺射方法以涂覆所述金屬層，并且優(yōu)選使用閉合場非平衡磁控濺射離子鍍(CFUBMSIP)以改善所述金屬層的結(jié)構(gòu)/性質(zhì)。