[發明專利]TiSiCN納米涂層及其制備方法以及活塞

有效

• 申請號: 202111083596.2
• 申請日: 2021-09-16
• 公開（公告）號: CN113529016B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 李永勝;陳蘊博;陸曉剛;左玲立;張寶燕;歐伊翔;王浩琦;潘鵬;孫川;陳茹
• 申請（專利權）人: 山東天瑞重工有限公司;北京機科國創輕量化科學研究院有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/34;C23C14/16;E21B12/00
• 代理公司: 北京名華博信知識產權代理有限公司 11453
• 代理人: 朱影

本發明公開了一種TiSiCN納米涂層及其制備方法以及活塞，其中，TiSiCN納米涂層包括：金屬結合層，覆蓋基體的表面；TiSiCN梯度層，覆蓋金屬結合層；其中，TiSiCN梯度層包括三層TiSiCN層，任意相鄰的兩層TiSiCN層中，遠離基體的表面的TiSiCN層的含碳量大于靠近基體的表面的TiSiCN層的含碳量。本申請提出的TiSiCN納米涂層具有結合力強度、韌性高、耐疲勞、壽命長、耐磨、耐腐蝕、摩擦系數小等優點。

技術領域

本發明涉及涂層技術領域，尤其涉及一種TiSiCN納米涂層及其制備方法以及活塞。

背景技術

納米涂層主要用于覆蓋在產品的基體的表面，對基體形成有效的保護，提高產品的耐磨性、耐腐蝕、耐沖擊、自潤滑等性能。例如，在鑿巖技術領域，中深孔鑿巖技術中，高效率、大功率鑿巖機的沖擊器需要承受高頻大功率沖擊、承受多沖拉壓、多沖彎曲和多沖扭轉的載荷，從而要求其具有較高的抗疲勞性。其中，鑿巖機沖擊器在腐蝕性介質、混有泥沙顆粒的泥漿等工況中運行，造成鑿巖機沖擊器活塞表面的磨粒磨損以及腐蝕損耗。

發明內容

為了解決現有技術中的上述問題，提出了一種TiSiCN納米涂層及其制備方法以及活塞。

根據本發明的第一個方面，提供了一種TiSiCN納米涂層，用于覆蓋基體的表面，TiSiCN納米涂層包括：金屬結合層，覆蓋基體的表面；TiSiCN梯度層，覆蓋金屬結合層；其中，TiSiCN梯度層包括三層TiSiCN層，任意相鄰的兩層TiSiCN層中，遠離基體的表面的TiSiCN層的含碳量大于靠近基體的表面的TiSiCN層的含碳量。

其中，TiSiCN梯度層包括：第一TiSiCN層，覆蓋金屬結合層的遠離所述基體的表面；第二TiSiCN層，覆蓋第一TiSiCN層；第三TiSiCN層，覆蓋第二TiSiCN層；第二TiSiCN層的含碳量大于第一TiSiCN層的含碳量，第三TiSiCN層的含碳量大于第二TiSiCN層的含碳量。

其中，第一TiSiCN層的厚度為0.5~1.5μm；和/或，第二TiSiCN層的厚度為0.5~1μm；和/或，第三TiSiCN層的厚度為0.4~0.6μm；和/或，金屬結合層的厚度為0.1~0.5μm。

其中，金屬結合層包括：Ti金屬層或Cr金屬層。

根據本發明的第二個方面，提供了一種TiSiCN納米涂層的制備方法，制備方法包括：提供基體，在基體上形成金屬結合層；在金屬結合層上形成TiSiCN梯度層；其中，TiSiCN梯度層包括三層TiSiCN層，任意相鄰的兩層TiSiCN層中，遠離基體的表面的TiSiCN層的含碳量大于靠近基體的表面的TiSiCN層的含碳量。

其中，在基體上形成金屬結合層之前，還包括基體清洗步驟，基體清洗步驟包括：預清洗步驟：采用酒精和丙酮依次采用超聲清洗方式清洗基體；離子清洗步驟：將基體置入真空室，抽離真空室內空氣至10-4 Pa，通入氬氣，氬氣流量為80~200 sccm，工作氣壓0.3~2.0 Pa，調節微脈沖寬度10-80 μs，平均功率4~10 kW，偏壓0~200 V，清洗時間為5~30分鐘。

其中，在基體上形成金屬結合層包括：采用純Ti靶，向真空室通入氣流量為80~200sccm的氬氣，工作氣壓0.3~2.0 Pa，調節微脈沖寬度10-80 μs，平均功率4~10 kW，偏壓0~100 V，在基體的表面沉積金屬結合層。

其中，在金屬結合層上形成TiSiCN梯度層包括：采用鈦硅合金靶，設定真空室內的調節微脈沖寬度10-80 μs、平均功率4~10 kW、偏壓0~200 V，

向真空室通入氬氣80~150 sccm、氮氣18~40 sccm、乙炔10~15sccm，使真空室內的混合氣體的氣壓為0.5~3.0 Pa，在金屬結合層表面沉積第一TiSiCN層；