[發明專利]一種具有強結合界面材料表面涂層的制備方法

無效

• 申請號: 201210108205.2
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102605380A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 許洪斌;胡建軍;李暉;陳元芳;楊長輝
• 申請（專利權）人: 重慶理工大學
• 主分類號: C23F17/00
• 分類號: C23F17/00
• 代理公司: 重慶博凱知識產權代理有限公司 50212
• 代理人: 李海華

技術領域

本發明涉及對金屬零件和材料的表面涂層制備方法，主要用于金屬類零件和材料表面的強化和鍍膜；屬于金屬表面處理技術領域。

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背景技術

隨著現代工業的迅速發展,要求機械工業產品能在高溫、高壓、高速、高度自動化和惡劣的工況條件下長期穩定運轉,對零件表面的耐高溫、防腐蝕、耐磨損、抗疲勞、防輻射等性能要求日益苛刻。隨著人們環境意識的增強,改善材料的表面性能,有效地延長用壽命,節約資源,提高生產率,減少環境污染等對表面技術也提出了挑戰。

涂層制備技術降低齒面摩擦系數或者提高齒面硬度成為表面工程技術研究的一個熱點。通過在硬齒面齒輪制備TiN涂層、WC涂層、類金剛石薄膜(DLC)等高硬度涂層，能夠提高零件硬度和耐磨性能，現有的涂層技術對提高齒面硬度、改善耐磨性或降低齒面摩擦系數、提高齒輪傳動效率均有一定效果，但涂層與齒面的結合問題始終沒有得到根本解決，也直接影響該技術的應用。

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發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種具有強結合界面材料表面涂層的制備方法。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種具有強結合界面材料表面涂層的制備方法，其步驟為：

1）首先利用電子束對基體材料表面進行表面性能和表面形貌的改善，形成比基體硬度高的改性層；

2)對步驟1）形成的改性層表面利用物理氣相沉積技術制備和基體相容性較好的表面涂層，表面涂層厚度為3-30um，表面涂層的硬度大于改性層。

所述第1）步電子束工藝能量密度1-30J/cm²。

所述第1）步電子束工藝參數為：加速電壓27KV,照射次數25次，照射距離80mm；第2）步得到的表面涂層為純Cr層，Cr層厚度為3um。

所述第1）步電子束工藝參數為：加速電壓25KV,照射次數20次，照射距離120mm；第2）步得到的表面涂層為純Ti層，Ti層厚度為5um。

本發明產生以下積極效果：

1.由于零件表面產生了大量熔坑，增加了機械結合的接觸面積，因此增加涂層結合力。

2.電子束處理進行的基體表面凈化作用，減少夾雜物，可以促進涂層的更好結合。

3.將涂層技術與電子束材料表面改性技術相結合，改善涂層表面殘余應力，使涂層表面形成壓應力，抑制材料表面裂紋的萌生。

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附圖說明

圖1-金屬基體截面示意圖。

圖2-本方法第一步完成后工件截面示意圖。

圖3-按本方法完成后工件截面示意圖。

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具體實施方式

本發明的目的在于提供一種具有強結合界面材料表面涂層的制備方法，它是在結合電子束表面改性技術和物理氣相沉積技術基礎上產生涂層工藝。

具體步驟如下：

1、圖1為材料或者零件基體。利用電子束對基體材料進行表面性能和表面形貌的改善，形成大量熔坑，并利用電子束的凈化作用將零件表面清潔，形成比基體硬度高的改性層；為零件表面制備涂層制備做準備。材電子束工藝的具體特征：能量密度1-30J/cm²，比如俄羅斯產的“RITM-2M”、“Nadezhda-2”或類似設備。步驟1完成以后工件的截面示意如圖2所示。

2、對步驟1處理過的零件表面利用物理氣相沉積技術制備和基體相容性較好的表面涂層，表面涂層的硬度大于改性層。氣相沉積技術可以是當前常用的真空磁控濺射或者離子鍍設備，鍍膜厚度3-30um。步驟2完成以后工件的截面示意如圖3所示。

以下給出兩個具體實施例以幫助理解本發明。

本發明實施例1：

將40Cr齒輪利用RITM-2M電子束設備進行表面改性（加速電壓27KV,照射次數25次，照射距離80mm）；基體硬度為280-330Hv，電子束層硬度最高可到585Hv，影響層深度5mm。利用FJL560A型超高真空磁控濺射設備在齒輪表面涂鍍3um的純Cr。殘余應力為2.8-4.2Gpa，

結合強度達到50N-100N。

本發明實施例2：

將3Cr2W8V齒輪利用RITM-2M電子束設備進行表面改性（加速電壓25KV,照射次數20次，照射距離120mm）；基體硬度為280-330Hv，電子束層硬度最高可到550Hv，影響層深度5mm。利用FJL560A型超高真空磁控濺射設備在齒輪表面涂鍍5um的純Ti。殘余應力為2.8-4.2Gpa，結合強度達到50N-100N。