[發(fā)明專利]一種微噴砂后處理減小涂層摩擦系數(shù)的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911265736.0
• 申請日: 2019-12-11
• 公開（公告）號: CN111101101B
• 公開（公告）日: 2022-11-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘向麗;趙學(xué)書;宋宏甲;王金斌
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南六方晶科技有限責(zé)任公司
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/08;C23C14/58
• 代理公司: 北京和信華成知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 張永輝

本發(fā)明公開了一種通過微噴砂后處理減小涂層摩擦系數(shù)的方法，為了達(dá)到改善電弧離子鍍涂層表面大顆粒問題、減小涂層摩擦系數(shù)的目的，首先在已涂覆涂層的基體表面沉積一層厚度較小的氧化物涂層，利用非晶態(tài)的氧化物涂層晶粒較小的特點(diǎn)填充涂層表面凹凸不平的缺陷，然后通過微噴砂后處理去除電弧離子鍍帶來的涂層表面的大顆粒，使表面變得平整光滑，減小涂層摩擦系數(shù)。微噴砂后處理過程中砂粒不斷沖擊涂層表面，可有效增加壓應(yīng)力，同時，氧化物的存在可以起到緩沖基體主體涂層所受沖擊力的作用，減少涂層破損。噴砂后涂層表面殘留的氧化物在高溫下形成一層致密的氧化物薄膜，可防止元素和熱量的擴(kuò)散，減少涂層磨損，顯著提高涂層基體的使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及涂層表面處理技術(shù)，具體涉及一種微噴砂后處理減小涂層摩 擦系數(shù)的方法。

背景技術(shù)

電弧離子鍍是在真空條件下，在蒸鍍材料制成的陰極與真空室形成的 陽極之間引發(fā)弧光放電，弧光放電蒸發(fā)靶材物質(zhì)并沉積到基體表面形成膜 層。弧光放電會形成在陰極表面無規(guī)則運(yùn)動的弧斑，弧斑攜帶的高能量、 高密度電流可以直接促使弧斑處的靶材物質(zhì)從固相轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘僬羝入x子 體，該金屬等離子體用于沉積薄膜，一是沉積過程中離子的轟擊、注入及 沉積過程可以活化基體表面，增強(qiáng)表面注入效果，二是離子在電場作用約束下沿特定方向沉積在基體表面，因此電弧離子鍍具有沉積效率高、膜層 與基體結(jié)合力好、繞射能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是，由于電弧離子鍍本身原理特 點(diǎn)，陰極弧斑在產(chǎn)生帶電粒子，形成等離子體的同時，也會生成大量的液 滴和碎片，這些液滴和碎片會隨等離子體一起沉積在基體表面，增大涂層 表面的粗糙度和摩擦系數(shù)，使得涂層性能不均勻。以涂層刀具為例，在刀 具加工工件的過程中，涂層表面的大顆粒使得涂層在交變載荷作用下有一 定的波動，從而使得摩擦系數(shù)增大。在重載作用下，表面的大顆粒會被擠 壓變形，或發(fā)生剝落，從而導(dǎo)致涂層崩裂乃至剝落，刀具壽命大大減小。

為了減少電弧離子鍍涂層的表面大顆粒，減小涂層摩擦系數(shù)，目前常 采用的方法主要分為三類：

一是通過控制等離子體從陰極到鍍膜基體之間的運(yùn)行路線以及離子到 達(dá)基體時的速度來解決大顆粒的問題。陰極產(chǎn)生的是等離子體，等離子體 可以通過磁場、電場對其加以控制，因此磁過濾彎管被廣泛用來濾除大顆 粒，過濾彎管設(shè)計(jì)的越復(fù)雜，對大顆粒的過濾效果越好，但系統(tǒng)的效率也 會隨之降低。

二是通過優(yōu)化涂層結(jié)構(gòu)、改變涂層的相組織來減小表面大顆粒。例如 在TiN涂層中添加C元素以及采用多層以及梯度結(jié)構(gòu)涂層來制備具有更高 耐磨性能和更低摩擦系數(shù)的涂層。這種方法對于改善涂層的綜合性能有著 明顯的功效，但還是無法彌補(bǔ)電弧離子鍍本身所帶來的涂層缺陷。

三是通過對制備好的涂層進(jìn)行微噴砂后處理來減少表面大顆粒，提高 涂層表面光潔度，減小它的摩擦系數(shù)。微噴砂是利用大量具有高速度的彈 丸撞擊被加工材料表面，使材料表面產(chǎn)生大量晶粒細(xì)化和塑性變形，通過 改善工件材料的組織結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力分布來提高涂層的疲勞強(qiáng)度和使役壽 命。微噴砂后處理可以明顯改善涂層性能，但是實(shí)驗(yàn)參數(shù)設(shè)定不恰當(dāng)容易 導(dǎo)致涂層破損、性能下降。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種微噴砂后處理減小 涂層摩擦系數(shù)的方法，該方法操作簡單，可以有效提高涂層表面光潔度， 同時對于改善涂層綜合性能、提升涂層工件壽命也有顯著作用。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：

一種微噴砂后處理減小涂層摩擦系數(shù)的方法，包括以下步驟：

(1)樣品前處理：將已沉積涂層的樣品分別放入丙酮和乙醇中超聲清 洗，去除表面油污和水漬；

(2)裝夾進(jìn)爐：將處理后的樣品均勻固定在轉(zhuǎn)架上，并裝入電弧離子 鍍膜機(jī)內(nèi)；

(3)加熱、抽真空：將爐腔內(nèi)抽至真空，并升高溫度；

(4)沉積氧化物涂層：在樣品表面沉積一層厚度較薄的氧化物涂層；