[實(shí)用新型]一種改善材料表面高溫摩擦學(xué)行為的圖案薄膜

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201821807686.5
• 申請(qǐng)日: 2018-11-02
• 公開（公告）號(hào): CN208949388U
• 公開（公告）日: 2019-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿哲;劉陽;石皋蓮;吳少華;黃華棟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號(hào): C23C14/32
• 分類號(hào): C23C14/32;C23C14/06;C23C14/02
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本實(shí)用新型公開了一種改善材料表面高溫摩擦學(xué)行為的圖案薄膜，圖案薄膜表面設(shè)有若干均布的凸起的條紋或正三角形，條紋的寬度0.1mm?0.5mm、長(zhǎng)度2mm?7mm、沿徑向夾角3°?6°，正三角形的邊長(zhǎng)0.3mm?0.9mm、沿徑向排列的夾角為7°?13°。條紋和三角形的凸起高度均為0.5mm；本實(shí)用新型所述的圖案薄膜具有可以減輕粘著，平穩(wěn)或降低高溫摩擦系數(shù)，提高材料表面高溫耐磨性的功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種改善材料表面高溫摩擦學(xué)行為的圖案薄膜。

背景技術(shù)

在工業(yè)領(lǐng)域，切削刀具、發(fā)動(dòng)機(jī)缸套/活塞環(huán)、軸承、燃?xì)廨啓C(jī)燃燒室部件等工具和零部件經(jīng)常在高溫條件下工作，接觸表面存在高溫摩擦磨損問題。TiAlN薄膜具有硬度高、熱穩(wěn)定性好、抗氧化等優(yōu)異性質(zhì)，而經(jīng)常應(yīng)用于在高溫條件下工作的零部件表面。TiAlN薄膜在高溫條件下會(huì)生成Al₂O₃、TiO₂氧化物，可以改善薄膜的潤(rùn)滑行為和耐磨性。溫度會(huì)影響TiAlN薄膜的高溫磨損機(jī)制，使薄膜磨損機(jī)制隨溫度升高，由磨粒磨損轉(zhuǎn)變?yōu)檎持p。同時(shí)，TiAlN薄膜的高溫軟化導(dǎo)致薄膜的摩擦系數(shù)升高，耐磨性下降，過度氧化也會(huì)導(dǎo)致薄膜斷裂和剝落。

表面圖案由于能容納磨屑，儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑，減少接觸面積等原因，而能夠降低摩擦磨損，并且在高溫條件下，也可以表現(xiàn)出良好的摩擦學(xué)性能。研究表明表面圖案促進(jìn)表面摩擦產(chǎn)物層的形成，明顯提高TC11鈦合金在500℃時(shí)的耐磨性。微圓坑和微溝槽表面圖案提高接觸壓力和增加表面氧吸附量，促進(jìn)表面潤(rùn)滑膜的形成，從而降低Al₂O₃/Mo復(fù)合材料在800℃時(shí)的摩擦系數(shù)。溝槽表面圖案由于能容納磨屑和降低摩擦溫升，從而降低滲氮不銹鋼表面在300℃和500℃時(shí)的摩擦系數(shù)和磨損量。在切削刀具的實(shí)際應(yīng)用中，表面圖案有利于切削區(qū)散熱，從而減輕后刀面的高溫磨損和切削刃損傷。

因此，表面圖案TiAlN薄膜綜合硬質(zhì)薄膜和表面圖案兩方面的優(yōu)勢(shì)，可以改善材料表面的高溫摩擦學(xué)行為。然而，關(guān)于圖案化TiAlN薄膜的高溫摩擦磨損性能研究還未見相關(guān)報(bào)道。

有鑒于此，特提出本實(shí)用新型。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型的目的是提供一種改善材料表面高溫摩擦學(xué)行為的圖案薄膜，可以減輕粘著，平穩(wěn)或降低高溫摩擦系數(shù)，提高高溫耐磨性。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供的一種改善材料表面高溫摩擦學(xué)行為的圖案薄膜，所述圖案薄膜表面設(shè)有若干均布的凸起的條紋或正三角形，所述條紋的寬度0.1mm-0.5mm、長(zhǎng)度2mm-7mm、沿徑向夾角3°-6°，所述正三角形的邊長(zhǎng)0.3mm-0.9mm、沿徑向排列的夾角為7°-13°。

優(yōu)選地，所述條紋圖案的寬度0.3mm、長(zhǎng)度5mm、沿徑向夾角5°；

優(yōu)選地，所述正三角形圖案的邊長(zhǎng)0.6mm、沿徑向排列的夾角為10°；

優(yōu)選地，所述條紋和三角形的凸起高度均為0.5mm。

本實(shí)用新型提供的一種改善材料表面高溫摩擦學(xué)行為的圖案薄膜，具有如下有益效果：表面圖案減少了薄膜與環(huán)的接觸面積，有利于降低粘著；表面圖案具有散熱效果，減緩摩擦氧化，及減少由于硬度降低導(dǎo)致的材料粘著，保持薄膜承載能力；圖案間隔能夠容納磨屑，減少三體磨粒磨損，從而使圖案薄膜在高溫條件下相比完整薄膜具有更好的摩擦學(xué)性能。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型提供的一種改善材料表面高溫摩擦學(xué)行為的圖案薄膜的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型提供的TiAlN條紋和三角薄膜實(shí)物圖。

圖3為本實(shí)用新型提供的TiAlN圖案和完整薄膜在室溫(25℃)、450℃和600℃的摩擦系數(shù)圖。

具體實(shí)施方式