[發明專利]一種具有熱循環服役能力的自潤滑納米結構薄膜材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202011316934.8
• 申請日: 2020-11-20
• 公開（公告）號: CN112501556A
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 鞠洪博;周銳;喻利花;許俊華;錢俊宏
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/35;C23C14/32;B82Y40/00
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 杭行

本發明涉及硬質薄膜材料領域，具體涉及一種具有熱循環服役能力的自潤滑納米結構薄膜材料，該材料由四種納米結構調制層交替沉積獲得：一種調制層是SiNx?SMe層（SMe為軟金屬），位于每一調制周期的最底部，由非晶SiNx和納米晶SMe兩相組成，呈現非晶包裹納米晶的微結構；另一種調制層是MoxN層；第三種調制層是SiNx?MoxN層，其位于SiNx?SMe層和MoxN層之間，由SiNx和MoxN兩相構成；第四種調制層是MoxN?SiNx層，其位于最頂層，由SiNx和MoxN兩相構成。本發明的有效果為：通過相互的協同作用使薄膜在保證室溫到高溫寬溫域自潤滑性能的前提下，具有優異的熱循環服役能力。

技術領域

本發明涉及薄膜材料制備領域，具體涉及一種具有優異熱循環服役能力的寬溫域自潤滑硬質SiN_x-SMe/SiN_x-Mo_xN/Mo_xN/Mo_xN-SiN_x納米結構薄膜材料及其制備方法。

背景技術

動力機械及裝備自誕生以來對人類的生產生活產生了極大的影響，而隨著現代工業的發展，對其也提出了更高的服役要求，這使得如活塞環、軸承和高速齒輪等核心部件需要在室溫到高溫的溫度波動環境下長時間服役，傳統的潤滑油脂已難以滿足性能的要求。為此，基于固體潤滑理論，利用涂層技術設計并制備具有熱循環服役能力的寬溫域自潤滑硬質薄膜材料是解決上述問題的有效方式，業已成為當今摩擦學領域的前沿方向之一。

諸如Sn、Cu、Ag、Au、Pt等軟金屬(Soft Metal,SMe)因其具有優異的摩擦學性能而廣泛的應用于各類摩擦工件中。例如，早在2500年前我國就掌握了在青銅器表面鍍錫的技術，鍍層具有優異的耐磨和減摩性能，甚至在某些工況中會發生負磨損現象。然而上述的軟金屬鍍層在高載荷下的耐磨損性能并不理想。多元化是提升薄膜材料綜合性能的主要手段之一。國內外學者為提升鍍層的力學性能和承載能力，通過在軟金屬鍍層中添加硬質的金屬氮化物(Metal Nitride,MeN) 陶瓷，成功設計并制備出了如TiN/Ag、VN/Cu、Mo₂N/Cu等多種MeN/SMe型納米結構復合薄膜材料。研究表明，MeN為柱狀晶結構生長，具有較為優異的力學性能，在摩擦過程中也體現出了優秀的承載能力，彌補了軟金屬的不足。然而Ag 在中、高溫條件下會沿著MeN晶界發生過度的遷移釋放，因此上述含MeN/SMe 薄膜材料服役壽命很短，且不具備在室溫到高溫的溫度波動環境下的熱循環服役能力。另外，Ag的大量消耗在薄膜中留下孔洞，使力學性能大幅降低。如何利用成熟的薄膜制備技術，通過成分和結構設計制備兼具具有熱循環服役能力的寬溫域自潤滑硬質薄膜材料以避免潤滑組元的過度消耗是使寬溫域自潤滑硬質薄膜材料具備工業應用價值的關鍵。

發明內容