[發(fā)明專利]一種貴金屬@洋蔥碳雜化的TMC/a-C納米復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010196522.9
• 申請(qǐng)日: 2020-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111286707B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文懋;張雨;王美佳;張侃;鄭偉濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/06;C23C16/26;C10M103/00;C10N50/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 馬小星

本發(fā)明提供了一種貴金屬@洋蔥碳雜化的TMC/a?C納米復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用，涉及功能膜材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明提供的納米復(fù)合涂層包括非晶碳和由非晶碳包覆的TaC納米晶、貴金屬納米團(tuán)簇和貴金屬單原子；所述TaC納米晶的尺寸為4～6nm，所述貴金屬納米團(tuán)簇的尺寸小于2nm；所述貴金屬納米團(tuán)簇和貴金屬單原子中的貴金屬元素為Au或Ag，所述TaC納米晶、貴金屬納米團(tuán)簇和貴金屬單原子上有結(jié)晶洋蔥碳。本發(fā)明提供的貴金屬@洋蔥碳雜化的TMC/a?C納米復(fù)合涂層不僅具有極低的摩擦系數(shù)與磨損率，能實(shí)現(xiàn)宏觀超潤(rùn)滑，還具有較高的硬度及韌性，兼具良好的摩擦學(xué)性能和機(jī)械性能，可作為超潤(rùn)滑材料應(yīng)用；且制備方法簡(jiǎn)單。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功能膜材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種貴金屬@洋蔥碳雜化的TMC/a-C納米復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

現(xiàn)今在工業(yè)中由摩擦磨損所帶來(lái)的能量損耗與裝備失效日益嚴(yán)重，如渦輪機(jī)、壓縮機(jī)等機(jī)械裝置及齒輪、鉸鏈、軸承等精密部件。因此，可在裝備部件表面涂覆低摩耐磨涂層，使其在保持高硬度的基礎(chǔ)上，持續(xù)降低摩擦系數(shù)與磨損率，進(jìn)一步提高摩擦性能，從而有效延長(zhǎng)裝備部件使用壽命并減少能量損耗。而在低摩耐磨涂層中，TMC(N)/a-C(過(guò)渡金屬碳(氮)化物/非晶碳)復(fù)合涂層是其中最不可或缺的組成部分。

納米復(fù)合涂層由微晶(通常由碳化物或氮化物作為硬質(zhì)相)包裹在無(wú)定形基體(軟質(zhì)相)中組成，在硬度，韌性，耐磨性和減少摩擦等方面性質(zhì)優(yōu)異，根據(jù)Musil和Vleck的觀點(diǎn)，其機(jī)械性能依賴于復(fù)合涂層中的nc-TMC(N)的組成元素以及結(jié)晶與非晶基體的雙相比例，而其摩擦性能受到軟相的顯著影響。總的來(lái)說(shuō)，組分的性質(zhì)，晶體大小和每相的量決定了材料的最終性質(zhì)。對(duì)于TMC/a-C納米復(fù)合涂層而言，在通過(guò)TMC維持碳化物高硬度的同時(shí)，通過(guò)非晶碳控制其摩擦系數(shù)維持在較低水平，其低摩耐磨歸因于摩擦界面處剪切誘導(dǎo)的摩擦膜形成，而軟石墨摩擦膜具有低剪切阻力，容易發(fā)生滑移，導(dǎo)致摩擦減小到較低值。即摩擦過(guò)程中非晶碳中sp³雜化轉(zhuǎn)化為sp²雜化，形成潤(rùn)滑的轉(zhuǎn)移膜(transfer film)或摩擦膜，有效降低摩擦。但僅僅通過(guò)該機(jī)制，無(wú)法進(jìn)一步降低摩擦系數(shù)，更難以達(dá)到超潤(rùn)滑(～0.001)。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種貴金屬@洋蔥碳雜化的TMC/a-C納米復(fù)合涂層及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明提供的貴金屬@洋蔥碳雜化的TMC/a-C納米復(fù)合涂層不僅具有極低的摩擦系數(shù)與磨損率，可以實(shí)現(xiàn)宏觀超潤(rùn)滑，還具有較高的硬度以及韌性，兼具良好的摩擦學(xué)性能和機(jī)械性能。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提供了一種貴金屬@洋蔥碳雜化的TMC/a-C納米復(fù)合涂層，包括非晶碳和由所述非晶碳包覆的TaC納米晶、貴金屬納米團(tuán)簇和貴金屬單原子；

所述TaC納米晶的尺寸為4～6nm，所述貴金屬納米團(tuán)簇的尺寸小于2nm；

所述貴金屬納米團(tuán)簇和貴金屬單原子中的貴金屬元素為Au或Ag；

所述TaC納米晶、貴金屬納米團(tuán)簇和貴金屬單原子上有結(jié)晶洋蔥碳。

本發(fā)明提供了以上方案所述貴金屬@洋蔥碳雜化的TMC/a-C納米復(fù)合涂層的制備方法，包括以下步驟：

將襯底加熱至500～900℃，以CH₄為碳源，以Ar為濺射氣體，以貴金屬靶和TaC靶為濺射靶進(jìn)行共濺射，在所述襯底上沉積得到貴金屬@洋蔥碳雜化的TMC/a-C納米復(fù)合涂層；所述貴金屬靶為Au靶或Ag靶；

所述貴金屬靶的濺射功率獨(dú)立為10～50W，所述TaC靶的濺射電流為0.5～1A；

所述CH₄的流量為10～30sccm，所述Ar的流量為60～90sccm。