[發(fā)明專利]耐磨防護涂層、其制備方法及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510873075.5
• 申請日: 2015-12-02
• 公開（公告）號: CN106811719B
• 公開（公告）日: 2019-07-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王永欣;葉育偉;慕永濤;姚懿容;王立平
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/16;C23C14/32
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王鋒

本發(fā)明公開了一種耐磨防護涂層、其制備方法及應(yīng)用。所述耐磨防護涂層包括：覆蓋于基底表面的硬質(zhì)V過渡層、以及覆蓋于所述硬質(zhì)V過渡層上的VCN涂層。所述基底優(yōu)選自不銹鋼質(zhì)機械運動基礎(chǔ)件。所述制備方法包括：采用電弧離子鍍技術(shù)，在基底表面沉積硬質(zhì)V過渡層；采用電弧離子鍍技術(shù)，在硬質(zhì)V過渡層上繼續(xù)沉積VCN涂層。本發(fā)明中VCN涂層主要是由VC及VN相組成，表現(xiàn)為一種典型的非晶鑲嵌納米晶結(jié)構(gòu)，在大氣和海水環(huán)境均表現(xiàn)出較低的摩擦系數(shù)及磨損率；硬質(zhì)V過渡層能夠改善不銹鋼質(zhì)機械運動基礎(chǔ)件等基底與VCN涂層兩者成分迥異材料間的結(jié)合性能，同時釋放VCN涂層中的部分應(yīng)力，從而有效的提高了VCN涂層與不銹鋼質(zhì)機械運動基礎(chǔ)件的綜合性能及使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明具體涉及一種耐磨防護涂層、其制備方法及應(yīng)用，屬于表面工程防護技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

開發(fā)海洋對各類機械零件的基材硬度、強度與抗疲勞能力有較高要求，裝備的零部件能否在較長時間內(nèi)安全穩(wěn)定的工作很大程度上取決于直接經(jīng)受摩擦磨損和介質(zhì)侵蝕的表面，塑性形變、裂紋擴展、沖蝕、氣蝕、氧化、材料剝除等表面狀態(tài)的改變將導(dǎo)致零件服役壽命與安全性的顯著降低，即使是整體失效的零部件，其失效過程也多是從承受外部作用的表面開始逐漸向材料芯部擴展的。在很多機械設(shè)備的使役工況條件下(如鉆探開采、航空航天、燃氣動力系統(tǒng)等)一般無法找到一種能夠同時滿足結(jié)構(gòu)支撐與表面強韌雙重要求的材料，因此研究和發(fā)展表面防護與強化技術(shù)對于改善裝備的性能質(zhì)量，延長關(guān)鍵零部件服役壽命，降低能源消耗等方面有著重要的意義。統(tǒng)計結(jié)果顯示全世界每90s就有近1噸鋼材腐蝕生銹，同時，海洋材料因摩擦磨損造成的損失在急劇增加，僅從提供表面防護的功用方面考慮，表面處理就有廣泛應(yīng)用的基礎(chǔ)。也正因為表面處理的技術(shù)內(nèi)涵契合21世紀(jì)以優(yōu)質(zhì)高效、安全可靠、節(jié)能節(jié)材為目標(biāo)的先進制造理念，可以為再制造工程提供有力的技術(shù)支撐，為低碳循環(huán)經(jīng)濟做出貢獻。表面處理在物理與化學(xué)的基礎(chǔ)上綜合了機械、電子、自動控制等多種學(xué)科門類的新型技術(shù)，不斷提高研究與實用價值。薄膜技術(shù)作為表面處理的典型代表，被廣泛運用于材料防護領(lǐng)域。

不銹鋼質(zhì)機械運動基礎(chǔ)件(如齒輪、軸承、機械關(guān)節(jié)、密封環(huán)等)作為與海水直接接觸的泵閥管路、液壓及動力傳輸?shù)认到y(tǒng)關(guān)鍵零部件之一，其使役壽命與安全性很大程度上取決于體系各部件的摩擦學(xué)行為穩(wěn)定性。不銹鋼質(zhì)機械運動基礎(chǔ)件表面涂覆技術(shù)可在不改變零件基體成型加工性能的基礎(chǔ)上賦予其更為優(yōu)異的特性，是提高零部件使役壽命與安全性的有效技術(shù)手段。較之于大氣環(huán)境，海水是一種較強腐蝕性的介質(zhì)，高濃度的Cl^-使得多數(shù)金屬在海水中均會發(fā)生腐蝕且無法通過陽極阻滯的方法減輕腐蝕反應(yīng)程度，此外，點蝕、縫隙腐蝕以及湍流腐蝕和空泡腐蝕也廣泛存在。為這種苛刻條件下服役的零部件表面提供防護的涂層，需兼具優(yōu)良的摩擦磨損性能與耐腐蝕性能。如何提高不銹鋼質(zhì)機械運動基礎(chǔ)件的實用壽命，將對提高整個海洋開發(fā)工程的效率及質(zhì)量，節(jié)約成本起到關(guān)鍵性的作用。

目前國內(nèi)自主研發(fā)的不銹鋼質(zhì)機械運動基礎(chǔ)件服役壽命遠遠低于國外同類產(chǎn)品。主要原因有二：一是應(yīng)用于機械零部件表面的這類高性能涂層核心技術(shù)基本上被德國、日本等西方發(fā)達國家所掌握。二是關(guān)于VCN涂層在極端惡劣的環(huán)境下的研究相對缺乏。因此，在不銹鋼質(zhì)機械運動基礎(chǔ)件表面獲得性能優(yōu)異的耐磨防護涂層是迫切需要解決的難點問題。

針對上面所述國產(chǎn)機械零部件表面新型耐磨涂層研究的不足，以及在不銹鋼質(zhì)機械運動基礎(chǔ)件表面獲得性能優(yōu)異的VCN耐磨防護涂層，正是本發(fā)明所解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于提供一種耐磨防護涂層、其制備方法及應(yīng)用，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。

為實現(xiàn)前述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括：

本發(fā)明的一個實施例提供了一種耐磨防護涂層，所述耐磨防護涂層包括：基底、覆蓋于基底表面的硬質(zhì)V過渡層、以及覆蓋于所述硬質(zhì)V過渡層上的VCN涂層。

其中，所述基底尤其優(yōu)選為不銹鋼質(zhì)機械運動基礎(chǔ)件。