[發(fā)明專利]一種納米復(fù)合VN-Au涂層及其制備方法和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110444184.0
• 申請日: 2021-04-23
• 公開（公告）號: CN113322437A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 梅海娟;陳雪珍;吳子卉;龔偉平;趙振廷;郭朝暉;趙軍峰;趙璨璨
• 申請（專利權(quán)）人: 惠州學(xué)院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;B82Y40/00;C23C14/06
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標(biāo)代理有限公司 44202
• 代理人: 鄧聰權(quán)

本發(fā)明屬于刀具涂層和表面潤滑涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種納米復(fù)合VN?Au涂層及其制備方法和應(yīng)用。該納米復(fù)合VN?Au涂層中各元素的原子百分比含量分別為：V 30～45at.％，Au 0～20at.％，N 50～55at.％。本發(fā)明采用雙靶磁控濺射制備的納米復(fù)合VN?Au涂層，具有表面光滑、結(jié)構(gòu)致密、及良好的自潤滑性能，可有效降低摩擦系數(shù)，提高自潤滑涂層的耐磨性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于刀具涂層和表面潤滑涂層制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種納米復(fù)合VN-Au涂層及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

近年來，受環(huán)保法規(guī)和液體潤滑油高溫分解及成本升高等因素的影響，切削刀具涂層與耐磨防護(hù)涂層正逐步向干式固體潤滑材料方向發(fā)展。在高速干切削難加工材料時(shí)，由于切削力的增大和切削溫度的急劇升高，擴(kuò)散磨損和氧化磨損加劇，涂層在短時(shí)間內(nèi)局部脫落，導(dǎo)致涂層刀具快速磨損失效。而自潤滑涂層的出現(xiàn)為刀具提高壽命和降低摩擦提供了可行性，已成為國內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。一些過渡金屬(如Mo、W、V等)的氧化物，因具有高濃度的氧空位和低剪切強(qiáng)度的晶面而被統(tǒng)稱為Magnéli相，如Mo_nO_3n-1或Mo_nO_3n-2、V_nO_2n-1等。而軟金屬(如Au、Ag、Cu等)具有低剪切強(qiáng)度和優(yōu)異的延展性，在滑動(dòng)過程易產(chǎn)生塑性變形，降低摩擦系數(shù)。但高溫下，這些潤滑相向涂層表面的快速擴(kuò)散是一個(gè)單向過程，在短時(shí)間內(nèi)易耗盡涂層內(nèi)的高溫潤滑相，導(dǎo)致涂層耐磨性的急劇降低，甚至由于孔隙率的增加而導(dǎo)致涂層的坍塌。一些軟金屬通常可作為第二相或潤滑相添加到硬質(zhì)涂層中，形成氮化物/軟金屬非晶相的nc-MeN/metal納米復(fù)合結(jié)構(gòu)。一方面，可以細(xì)化晶粒，提高力學(xué)性能；另一方面，可作為潤滑相，降低摩擦系數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種納米復(fù)合VN-Au涂層，通過結(jié)合軟金屬與氧化物潤滑相的各自優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)一步提高自潤滑涂層的摩擦學(xué)性能。

本發(fā)明的又一目的在于提供一種上述納米復(fù)合VN-Au涂層的制備方法。

本發(fā)明的再一目的在于提供一種上述納米復(fù)合VN-Au涂層的應(yīng)用。

本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種納米復(fù)合VN-Au涂層，該涂層中各元素的原子百分比含量分別為：V 30～45at.％，Au 0～20at.％，N 50～55at.％，各元素總為100at.％。

上述的一種納米復(fù)合VN-Au涂層的制備方法，包括以下步驟：

(1)將鏡面拋光后的襯底基體放入超聲波中，依次用金屬洗滌劑、酒精先后超聲波清洗10～20min，干燥后固定在鍍膜腔室內(nèi)的樣品臺(tái)上，保持靶基距50～150mm，調(diào)節(jié)樣品臺(tái)自轉(zhuǎn)速度0～20rpm，打開溫控加熱器升溫至25～500℃，預(yù)抽本底真空至3.0～5.0×10^-3Pa；

(2)打開Ar、N₂氣流量閥，調(diào)節(jié)Ar：N₂流量比1:1～10:1，設(shè)置分子泵的轉(zhuǎn)速30000～90000rpm，調(diào)節(jié)總氣壓至0.5～2.0Pa；

(3)打開直流與射頻磁控濺射電源，直流濺射V靶功率調(diào)節(jié)至0～500W，射頻濺射Au靶功率調(diào)節(jié)至0～100W，占空比10～100％，復(fù)合沉積0～500min，得到厚度1.0～3.0μm的納米復(fù)合VN-Au涂層；

(4)沉積結(jié)束后，關(guān)閉直流與射頻磁控濺射電源，關(guān)閉Ar和N₂氣流量閥，再關(guān)閉分子泵和機(jī)械泵，待腔室溫度降至室溫后開爐門取出樣品，完成鍍膜。

上述的一種納米復(fù)合VN-Au涂層應(yīng)用于刀具涂層和表面潤滑涂層領(lǐng)域。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：