[發明專利]一種高溫抗氧化自潤滑多層涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201710776116.8
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107761063B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發明（設計）人: 韋春貝;林松盛;代明江;侯惠君;李洪;石倩;蘇一凡
• 申請（專利權）人: 廣東省新材料研究所
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/16;C23C14/02;C23C28/00
• 代理公司: 廣東世紀專利事務所有限公司 44216
• 代理人: 千知化

本發明公開一種高溫抗氧化自潤滑多層涂層及其制備方法。該涂層依次由在基體(1)上的打底層(2)和交替多層(3)組成，所述交替多層(3)是由AlCrSiN層(4)和MoAlSiN層(5)依次疊加構成。制備方法由基體清洗，離子濺射清洗，采用電弧離子鍍沉積打底層和交替多層步驟組成。本發明制備的涂層具有硬度高、高溫抗氧化性能好、摩擦系數低等特點，可以大幅度提高刀具、模具等在高溫下的使用性能和使用壽命。本發明制備方法簡單、工藝控制性好，綠色環保，成本低，易于實現工業化生產。

技術領域

本發明屬于表面工程技術領域，特別設計一種高溫抗氧化自潤滑多層涂層及其制備方法，本發明可應用于多種金屬工件表面抗氧化自潤滑耐磨損處理。

背景技術

AlCrSiN（或CrAlSiN）涂層具有硬度高，耐磨性能好，高溫抗氧化性能好等特點，目前已經大量應用在刀具、模具等工件表面。在切削過程中刀具會產生大量的摩擦熱使局部溫度迅速升高，AlCrSiN涂層雖然具有良好的抗氧化性能，然而AlCrSiN涂層摩擦系數高，摩擦系數可達到1.0以上，高的摩擦系數一方面使得磨損率增加；另一方面會加劇切削摩擦熱的產生，這些因素將加速涂層失效。降低涂層的摩擦系數，尤其是在高溫下的摩擦系數，可以降低摩擦熱的產生，提高刀具的使用性能和使用壽命。MoO₃具有良好的潤滑性能，在涂層中添加Mo時，由于使用過程中產生摩擦熱而使Mo氧化形成MoO₃自潤滑相，從而降低界面磨損，提高涂層使用壽命。S.A. Glatz等[S.A. Glatz, C.M. Koller, H. Bolvardi, S.Kolozsvári, H. Riedl, P.H. Mayrhofer. Influence of Mo on the structure andthe tribomechanical properties ofarc evaporated Ti-Al-N. Surface and CoatingsTechnology, 2017, 311: 330-336.]報道了在TiAlN涂層中添加Mo，研究發現添加Mo可以降低涂層的摩擦系數，降低磨損率，提高耐磨性能，但涂層耐高溫性能不足。目前研究的MoAlSiN涂層雖然可以獲得較好的自潤滑性能，但涂層耐高溫不足，一般在650℃以下使用。

發明內容

本發明的目的是針對以上問題和不足，提供一種高溫抗氧化自潤滑多層涂層材料，該涂層可以提供900℃甚至更高溫度熱穩定性和高溫抗氧化性，同時具有低的摩擦系數和良好的耐磨性能。

本發明的另一個目的是提供一種所述高溫抗氧化自潤滑多層涂層的制備方法，該制備方法工藝簡單，成本低、綠色環保，易于實現工業化生產。

本發明所述的高溫抗氧化自潤滑多層涂層由在基體1上的打底層2和交替多層3組成，所述的交替多層是由AlCrSiN層4和MoAlSiN層5依次疊加構成，其中AlCrSiN層4單層厚度為50~300nm，MoAlSiN層5單層厚度為30~200nm，多層涂層總厚度為1~10μm。

本發明所述的基體為硬質合金、高速鋼、模具鋼或軸承鋼。

本發明所述的打底層為鉻層、鈦層、鋯層或鎢層。

本發明所述的高溫抗氧化自潤滑多層涂層的制備方法，依次由以下步驟組成：

（1）將基體進行除油除銹清洗，烘干后放入真空室內；

（2）將真空室抽至低于5×10^-3Pa，向真空室內通入氬氣，氣壓為0.1~0.8Pa，偏壓為200~800V，采用離子源對基體進行濺射清洗；

（3）沉積打底層：開啟陰極電弧鉻靶、鈦靶、鋯靶或鎢靶，氬氣壓強0.3~0.8Pa，偏壓50~200 V，厚度50~300nm；