[發(fā)明專利]一種自潤滑涂層及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210599714.3
• 申請日: 2022-05-30
• 公開（公告）號: CN115287610B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉意春;閆安;田登豐;吳上橋;王丹;李才巨;李鳳仙;陶靜梅;鮑瑞;方東;易健宏
• 申請（專利權(quán)）人: 昆明理工大學(xué)
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/35;C23C14/06;B23D79/00
• 代理公司: 北京東方盛凡知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11562
• 代理人: 劉芳

本發(fā)明公開了一種自潤滑涂層及其制備方法和應(yīng)用，屬于機械切削刀具制造技術(shù)領(lǐng)域。所述自潤滑涂層由內(nèi)至外包括：Ti/TiN過渡層和復(fù)合涂層；其中所述復(fù)合涂層為交替沉積的TiCN硬涂層和MoSsubgt;2/subgt;/C軟涂層，所述Ti/TiN過渡層和所述TiCN硬涂層接觸，自潤滑涂層最外層為MoSsubgt;2/subgt;/C軟涂層，交替沉積2～4次。本發(fā)明制得的自潤滑涂層具有優(yōu)異性能，這種軟硬涂層交替沉積的方式兼具較高的硬度、較低的應(yīng)力和摩擦系數(shù)，能有效提高刀具的使用壽命。該涂層因為結(jié)合了硬涂層和軟涂層優(yōu)點，具有優(yōu)異的性能，可廣泛應(yīng)用于各種材料的切削加工，尤其是難加工材料，具有十分廣泛的應(yīng)用前景，具有極大的應(yīng)用價值和推廣的可能性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機械切削刀具制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自潤滑涂層及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

在機械切削刀具制造技術(shù)領(lǐng)域，切削刀具由于缺少切削液的冷卻潤滑作用，在加工過程中刀具和工件摩擦十分嚴重，刀具極易產(chǎn)生磨損，導(dǎo)致刀具使用壽命急劇下降。硬涂層材料雖然對于提升刀具的硬度和耐磨性有非常明顯的效果，但在加工過程中摩擦系數(shù)較高；軟涂層材料則能夠改善刀具間的摩擦系數(shù)，降低切削力和切削溫度，使得刀具更加耐磨。

綜合軟硬涂層的優(yōu)點，中國發(fā)明專利“申請?zhí)枺?01510219459.5”報道了Mo-W-S-C自潤滑涂層刀具及其制備工藝，該自潤滑涂層刀具綜合了MoS₂、WS₂、C三種固體潤滑劑的優(yōu)點，具有較低的摩擦系數(shù)，但這種自潤滑涂層硬度相對偏低，且對刀具基體材料、切削材料等有一定的選擇性。中國發(fā)明專利“申請?zhí)枺?01910287915.8”報道了一種原子層沉積軟硬復(fù)合涂層自潤滑刀具及其制備方法，先在基體表面沉積Al₂O₃硬涂層，再在基體表面沉積MoS₂或WS₂軟涂層，但是沉積Al₂O₃涂層速度很低，控制困難，使涂層與基體的結(jié)合強度降低。因此，開發(fā)一種硬度高，且兼具良好的韌性和自潤滑功效的刀具涂層，是本領(lǐng)域亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種自潤滑涂層及其制備方法和應(yīng)用。通過在基體上生成Ti/TiN過渡層和交替沉積的TiCN硬涂層與MoS₂/C軟涂層，顯著增強基體的耐磨性能，延長基體的使用壽命?；w上的Ti/TiN過渡層能降低界面上的殘余熱應(yīng)力，提高涂層與基體之間的結(jié)合強度；將硬涂層TiCN與軟涂層MoS₂/C交替沉積，能夠有效的阻止軟硬層之間的內(nèi)應(yīng)力積累，使軟硬涂層的自潤滑基體有結(jié)合強度高、硬度高、抗高溫氧化的能力強、摩擦系數(shù)低且壽命長等優(yōu)勢，其中C元素的添加可使涂層具有更高的硬度和抗氧化溫度，也可彌補單一MoS₂結(jié)合性能差、硬度低、承載能力弱等缺點，加強軟硬涂層之間的結(jié)合強度，并在基體表面形成連續(xù)的固體潤滑膜，實現(xiàn)基體本身的自潤滑功能。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

本發(fā)明技術(shù)方案之一：提供一種自潤滑涂層，所述自潤滑涂層由內(nèi)至外包括：Ti/TiN過渡層和復(fù)合涂層；其中所述復(fù)合涂層為交替沉積的TiCN硬涂層和MoS₂/C軟涂層，所述Ti/TiN過渡層和所述TiCN硬涂層接觸，自潤滑涂層最外層為MoS₂/C軟涂層，交替沉積2～4次。

優(yōu)選地，所述Ti/TiN過渡層的厚度為0.2～0.3μm。

優(yōu)選地，所述復(fù)合涂層的總厚度為3.5～4μm，單層的硬涂層和軟涂層的厚度根據(jù)交替次數(shù)變化，為0.5～1μm。

本發(fā)明技術(shù)方案之二：提供一種上述自潤滑涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在基體上生長Ti/TiN過渡層；

(2)于Ti/TiN過渡層上交替生長TiCN硬涂層和MoS₂/C軟涂層。