[發明專利]一種新型耐磨耐腐蝕涂層

有效

• 申請號: 201710316678.4
• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107142478B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 廖斌;歐陽曉平;張旭;張豐收;吳先映;羅軍;龐盼
• 申請（專利權）人: 北京師范大學
• 主分類號: C23C28/00
• 分類號: C23C28/00;C23C14/48;C23C14/32;C23C14/16;C23C16/27
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本發明公開了一種機械設備關鍵部件表面耐腐蝕耐磨損涂層的方法，其中，制備該涂層方法包括：采用霍爾離子源在500℃以上環境下用氮離子進行轟擊，產生表面強化效應提高基材致密度，緊接著采用金屬真空蒸汽離子源方法(MEVVA)，在基材表面注入一層能提高膜基結合力的金屬″釘扎層″；在所述的金屬″釘扎層″之上，采用磁過濾陰極真空弧沉積方法(FCVA)，在進氣口通入100?250sccm的乙炔，基材表面沉積獲得總厚度為1?10微米的多種納米晶混合層。通過實施本發明，在關鍵部件上沉積此類涂層能夠很好的保護機械設備關鍵部件，因其多種納米晶相互協同作用，能夠有效的防止其因環境變化而帶來摩擦損失和化學腐蝕損失，從而影響設備的穩定性、精度以及服役壽命。

技術領域

本發明提高特殊環境下機械設備等關鍵部件抗酸性、堿性腐蝕以及抗摩擦磨損的的表面改性涂層。本發明涉及的是一種多種納米晶混合的類金剛石涂層及其制備方法。具體技術是基于離子束技術的金屬真空蒸汽離子源以及磁過濾沉積系統。

技術背景

隨著科學技術的發展以及各種極端條件的出現，如鹽霧環境、酸性環境或者堿性環境，現有設備的關鍵部件的本體材料已不能滿足長壽命要求。在特殊環境下關鍵部件將受到環境氣氛的腐蝕以及摩擦帶來的磨損，關鍵部件的損耗將降低工作效率、工作精度、穩定性和可靠性，這對于整體設備來說是最致命的。材料表面改性是提高本體材料耐磨最為有效的關鍵技術之一。材料表面改性基本不改變本體材料的力學、電學性能，也基本不改變材料本身的尺寸精度，同時能夠大幅提高本體材料的表面致密性、表面硬度、降低摩擦損耗，能夠大幅減小材料成本，提高關鍵部件的使用壽命，從而顯著提高材料的使用壽命和工作效率，實現節約原材料、降低能源消耗等目的。眾所周知，類金剛石涂層具有很好的物理、化學穩定性。同時具有硬度高和摩擦系數低的性能特點，是一種性能優異的抗磨耐腐蝕薄膜材料，吸引著許多薄膜材料研究工作者，成為世界各國爭相研究的熱點薄膜材料之一。碳基涂層如四面體類金剛石(ta-diamond-like carbon，簡稱ta-DLC)薄膜是以碳為基本元素構成的一種非晶材料。類金剛石薄膜(DLC)它在結構上屬于非晶亞穩態結構的無定形碳，是由sp3雜化和sp2雜化碳組成：薄膜中sp3結構決定了類金剛石薄膜具有諸多類似于金剛石的優良特性，而sp2結構決定了類金剛石薄膜又具有很多石墨的特性，國際上將硬度超過金剛石硬度20％的絕緣硬質無定形碳膜稱為類金剛石膜。在制備工藝方面，類金剛石薄膜(DLC)沉積溫度較低，沉積面積大，膜面光滑平整，工藝相對成熟。在實際應用方面，由于DLC薄膜在真空條件下和低溫下均具有良好的潤滑耐磨性能，因此可有效解決某些特殊工況下活動零部件表面潤滑等的技術難題。

眾所周知，碳膜的耐磨性能隨著環境的變化而發生較大變化，如磁過濾沉積制備的四面體類金剛石涂層(ta-C)在高濕環境下摩擦系數一般可低至0.04，但隨著濕度的降低當降到20％或一下摩擦系數迅速增至0.7左右，耐磨性能迅速下降，耐腐蝕性也隨之變差；再如化學氣相沉積制備的含氫類金剛石涂層(a-H:C)在真空或者干燥氣氛下摩擦系數可低至0.03，但隨著濕度的增加摩擦系數也迅速增加，耐磨性和耐腐蝕性也大打折扣。現公知的抗磨涂層采用物理或化學氣相沉積技術抗摩擦性能良好，但防腐蝕性能遠遠達不到要求。現尚沒有基于物理氣相沉積技術提出在抗磨和防腐蝕效果皆能滿足工業需求的涂層。

發明內容

有鑒于此，本發明基于離子束技術利用磁過濾沉積(FCVA)以及金屬離子源(MEVVA)系統制備了多種納米晶混合的類金剛石涂層。綜合碳、超硬碳化物相、過渡金屬Hf在高濕環境下的高耐磨性和高耐腐蝕能力，以及這種互嵌結構高致密性，制備的涂層能夠很好的兼顧耐磨性和耐腐蝕性。

進一步來講，該多相共混超潤滑固體潤滑涂層方法包括：

在基材表面通過氣體離子轟擊形成表面強化，提高表面密度；

在基材表面制備金屬″釘扎層″；

在所述″釘扎層″上進行合金過渡層沉積，形成釋放應力層；

在所述釋放應力層上沉積多種納米晶混合的類金剛石涂層。