[發明專利]寬溫域自適應潤滑涂層及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 201510848312.2
• 申請日: 2015-11-27
• 公開（公告）號: CN106811725B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 王永欣;劉二勇;慕永濤;王立平
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06;C23C14/18;C23C28/00
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發明公開了一種寬溫域自適應潤滑涂層及其制備方法與應用。該潤滑涂層主要由VN硬質相層和VN/Ag潤滑相復合層交替疊加形成；該制備方法包括：選擇金屬V靶、Ag靶為陰極，在氮氣氣氛下利用多弧離子鍍技術制備VN層與VN/Ag層交替結構的硬質涂層，通過調控V/Ag靶的沉積時間制備VN?VN/Ag涂層，最終獲得由硬質VN相及軟質金屬Ag相所組成的多層結構VN/Ag涂層。該涂層在20℃到800℃范圍內具有優異的摩擦學性能，其中層狀結構保證涂層在經歷多次室溫/高溫變化后仍具有優異的潤滑作用，實現了涂層力學性能和摩擦學性能的優化。本發明所提供的多層結構VN/Ag硬質涂層可用于航空、航天、冶金、汽車等工業中的高溫運轉部件，并起到寬溫域的潤滑、減磨作用。

技術領域

本發明涉及一種潤滑材料，特別是涉及一種寬溫域自適應潤滑涂層及其制備方法，主要應用于航空、航天、冶金等工業中的高溫運轉部件。

背景技術

航空、航天、冶金等工業中存在的室溫到高溫連續運轉部件對具有寬溫域連續潤滑功能材料提出了巨大需求，傳統的潤滑油、潤滑脂等因氧化而失效，因此固體潤滑材料發揮出關鍵的作用。目前，具有室溫及高溫潤滑性能的自潤滑復合材料是解決室溫到高溫連續潤滑的首要選擇，如NASA的PS/PM系列潤滑材料通過添加金屬Ag室溫潤滑劑及共晶BaF₂/CaF₂高溫潤滑劑而實現20℃～650℃的連續潤滑(例如US8753417B、US5866518B)，熊黨生等通過石墨、MoS₂、CeO₂等的復合獲得了具有20℃～700℃的連續潤滑功能的鎳基復合材料(CN101078071A、CN101519739A、CN 103540780A)。但是，上述自潤滑材料是通過分別添加室溫和高溫潤滑劑而實現寬溫域連續潤滑功能，導致所需潤滑劑含量增加。而作為軟質相的潤滑劑惡化了材料的力學性能，造成材料的耐磨性下降，同時高溫潤滑劑如BaF₂/CaF₂等在室溫摩擦過程中易于剝落而增大磨損。

自適應潤滑材料則通過原始潤滑劑在不同溫度摩擦過程中發生摩擦化學反應自生形成新的潤滑劑而起到寬溫域連續潤滑作用。如Mo₂N/Ag涂層室溫時金屬Ag起到潤滑作用，隨著溫度升高由金屬Ag與Mo₂N反應所生成的鉬酸銀為主要潤滑相，而Mo₂N氧化所生成的MoO₃同樣可在高溫起到潤滑作用，因此該系列涂層通過“自適應”實現了寬溫域連續潤滑。但是，該系列涂層在應用中仍存在一定的問題，如Mo₂N在溫度高于700℃易于氧化而造成早期失效，且該涂層在經歷一個溫度循環后由于銀的擴散而導致下一溫度循環過程中失去有效潤滑作用。

發明內容

本發明的主要目的在于提供一種寬溫域自適應潤滑涂層及其制備方法，以克服現有技術中的不足。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明實施例公開了一種寬溫域自適應潤滑涂層，由VN硬質相層和VN/Ag潤滑相復合層交替疊加形成。

優選的，在上述的寬溫域自適應潤滑涂層中，所述潤滑涂層的厚度為5～30μm。

優選的，在上述的寬溫域自適應潤滑涂層中，所述VN硬質相層的厚度為0.15μm～2μm。

優選的，在上述的寬溫域自適應潤滑涂層中，所述VN/Ag潤滑相復合層的厚度為0.05μm～1μm。

優選的，在上述的寬溫域自適應潤滑涂層中，所述VN硬質相層和VN/Ag潤滑相復合層交替次數為5～30次。

相應的，本發明實施例還公開了一種制備所述寬溫域自適應潤滑涂層的方法，包括：

對基體表面進行活化處理；

采用多弧離子鍍技術在活化后的基體表面交替沉積VN硬質相層和VN/Ag潤滑相復合層。