涂覆的基材制造技术

本申请涉及的发明专利技术是对含钼和/或钨的涂层提供的改进，所述涂层可用于改善涂层施用的基材表面的某些特性。在一个实施方案中，涂层还包含Ti以提供涂层的高粘合、高湿度和耐磨性的优点以及TiB2以促进形成相对均匀致密的涂层，从而增强形成的涂层并改善涂层的高温性能。

Coated substrate

The invention involved in this application is an improvement provided for a coating containing molybdenum and / or tungsten, which can be used to improve some properties of the substrate surface applied to the coating. In one embodiment, the coating also contains Ti to provide the advantages of high adhesion, high humidity and abrasion resistance of the coating, and TiB2 to promote the formation of relatively uniform and dense coating, thereby enhancing the formation of the coating and improving the high-temperature performance of the coating.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】涂覆的基材本申请涉及的专利技术是对含钼和/或钨的涂层提供的改进，所述涂层可用于改善涂层所施用的基材表面的某些特性。一种这样的已知涂层描述于申请人的专利EP0842306包含MoS2和钛的涂层中。虽然已经发现这种形式的涂层在提供具有低摩擦特性的相对坚硬、耐磨的涂层上非常成功，但是这种涂层的制造和应用中会遇到问题，这会阻碍这种类型的涂层的更广泛的商业用途。MoS2的问题可能包括对湿度的敏感性，这通常意味着涂层必须在相对受控的干燥环境中并且通常在真空下应用。其他含Mo涂层的其他问题包括涂层必须相对较薄，因此如下所述，磨损寿命和工作温度是有限的。同样已知的是，通常具有柱状结构的现有的MoS2涂层倾向于在柱的上部和在基底的柱部分之间破裂，这可能意味着，当柱破碎和瓦解时，只有涂层的基底区域留下作为润滑层是有效的。这反过来意味着，润滑剂涂层的有效厚度是非常有限的且因此常规MoS2基涂层的有效厚度已经限制为约1μm。由于涂层在更大的厚度下具有破坏的倾向，如果不适当地施用，这些以及涂层的潜在的破坏的其它问题意味着实际上可以施用的涂层的厚度相对有限(通常～1μm)，和/或涂层的最高工作温度限制为～350℃。本专利技术的一个目的是提供一种涂层和施用该涂层的方法，通过改善涂层的稳定性和/或增加可施用的涂层的厚度，使得增加这种类型的涂层的效用，同时，使得至少保持涂层的特性。本专利技术的第一个方面，提供一种施用于基材表面的涂层，其中所述涂层包含MSx和/或MSex中的一种或多种，其中M为钼(Mo)和/或钨(W)，并且x＝0.8-2。通常x＝2。通常，涂层还包含碳和/或硼。在一个实施方案中，涂层包含以下的至少一种：钛、锆、镍、钴、铅、铬、金、银、碳、钼、铌、钽、PTFE和/或钨，但最优选钛。在一个实施方案中，涂层包含以下的至少一种：CaF2、BaF2、CeF3、LaF3；PbO、NiO、Cu2O、ZrO2、Ag2O、Al2O3、Sb2O3；TiB2、ZrB2、CrB2、碳化硼、氮化硼、氮化硅、氮化钛、碳化钛、碳化硅和/或碳化钨。在一个实施方案中，MoS2和金属材料以及金属硼化物材料作为不同的层施用以形成涂层。在另一个实施方案中，MoS2和金属以及金属硼化物共沉积以形成均质混合物。在一个实施方案中，涂层由多个MoS2/TiB2纳米级多层形成，其可以被施用以构建其厚度至，如果需要，例如4.0μm，同时至少保持涂层的磨损率。在一个实施方案中，涂层的磨损率为1×10-17m3N-1m-1。在一个实施方案中，涂层厚度的增加了涂层的磨损寿命。在一个实施方案中，涂层的工作温度为>450℃。在一个实施方案中，该涂层用作制品的固体润滑剂涂层，该制品包括以下任一种或其任意组合：模制；成型；干钻(drydrilling)和切割；板材冲压(sheet-drawing)；重载滑动轴承、齿轮和其他组件或部件，例如活塞环、气缸套、阀杆、辊以及在最小润滑量和干燥工作条件下工作的部件。在一个实施方案中，形成的涂层是纳米晶体，并且纳米晶体的基面(basalplane)与基材表面基本平行。在一个实施方案中，这种排列源于涂层的使用以及涂层在与涂层表面相对运动的反表面作用下，通过机械重新排列而进行的后续工作，这些反表面运动可以被控制以实现基面在运动的方向和施加载荷的法向的排列。通常地，涂层具有基本上纳米晶体结构。在本专利技术的另一方面，提供一种包含如上所述的涂层的基材。在本专利技术的又一方面，提供一种通过溅射沉积来自设置有各自的磁控管的靶材的材料将涂层施用至制品上的设备，所述磁控管设置在腔室中，所述腔室中放置有载体，并且在载体上安装待施用涂层的基材，所述磁控管包括具有靶材的磁控管，所述靶材包含作为涂层的一部分的待沉积的钼，并且所述磁控管和/或磁体阵列设置于腔室中，以便以闭合场的构造运行。通常使用不平衡磁控溅射技术进行溅射。在一个实施方案中，所述设备包括各自具有MoSx靶材的第一和第二磁控管、具有Ti靶材的磁控管和具有包含硼材料的靶材的另外的磁控管。在一个实施方案中，所述靶由TiB2或其他化合物材料形成。在一个实施方案中，激活Ti靶材以施用初始的Ti层至基材的表面上以充当涂层至基材的粘合层。在一个实施方案中，在材料的溅射沉积期间将氩气或另外的惰性气体引入腔室中。在一个实施方案中，将基体保持在负偏压(negativebias)，并且优选地在初始清洁步骤期间的偏压比施用溅射沉积的材料时的偏压更大。在一个实施方案中，使用脉冲DC电源。在本专利技术的另一个方面，提供一种在基材表面上形成涂层的方法，所述方法包括以下步骤：将Ti层施用至基材的表面，施加材料的斜坡层(rampinglayer)，在此期间，开始将除了Ti之外的材料施用至Ti层，并且以MSx和/或MSex、Ti和TiB2多层的层形式提供；并且形成由MSx和/或MSex+Ti和TiB2的多层构成的顶层或外层，其中M为钼或钨。通常以MoS2的形式施用MSx。在一个实施方案中，运行顺序使得在具有MoS2靶材的磁控管运行之前开始运行磁控管以从含硼靶材溅射材料。通常，一旦所有磁控管的运行开始，至少具有MoS2靶材的磁控管连续运行直到完成涂层。在一个实施方案中，钛靶材磁控管连续运行直到完成涂层。另外或可选地，可以选择性地关闭一个或多个磁控管。通常地，在这种情况下，可将磁控管和/或靶材设置为在关闭时被选择性地覆盖，例如通过百叶窗(shutter)，以便最小化来自系统中的其他运行的磁控管交叉污染磁控管和/或靶材的可能性。参考附图描述本专利技术的具体实施方案；其中，图1示出了根据本专利技术的一个实施方案形成的涂层的表面形貌；图2示出了根据本专利技术的一个实施方案形成的涂层的SEM截面；图3示出了根据本专利技术的一个实施方案形成的涂层的衍射图案；图4提供了根据本专利技术形成的(a)1.3(b)2.1和(c)3.8μm厚度涂层的洛氏压痕结果；图5示出了根据本专利技术形成的涂层的划痕测试结果：图6提供了(a)1.3、(b)2.1和(c)3.8μm的涂层的磨损轨迹的锥形截面，在80N下进行720m球盘(ball-on-disc)测试。图7示出了根据本专利技术的涂层在不同法向载荷下在环境条件下在球盘测试中相对WC+Co和钢球滑动的摩擦系数；图8示出了在本专利技术的一个实施方案的涂层中应用的设备；图9示出了根据本专利技术的一个实施方案形成的涂层的TEM截面图；以及图10示出了根据本专利技术形成的涂层的一部分的TEM图。如图8所示，优选根据本专利技术形成的涂层，且在这个实施方案中，所述涂层包含MoS2、Ti和TiB2，其使用设备通过溅射沉积来自设置有各自磁控管的靶材的材料沉积。磁控管2设置在腔室4中，在该腔室4上放置有用于运动的载体6，其最通常地通过载体围绕轴线7旋转或者可选地以线性运动，所述载体6上安装待涂覆基材8。在一个实施方案中，将磁控管2设置成闭合场的构造，并且如果需要，可以提供一个或多个磁体阵列，以允许形成闭合场以捕获其中的电子，并且从而改善和加强磁场10，载体位于所述磁场10中，使用不平衡磁控溅射技术进行材料的溅射。在一个实施方案中，所述设备包括各自具有MoS2的靶材12的第一和第二磁控管2、2’、具有Ti的靶材14的磁控管2”和具有TiB2材料的靶材16的另外的磁控管2”’。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种施用于基材表面的涂层，其中所述涂层包含MSx和/或MSex中的一种或多种，其中M为钼(Mo)和/或钨(W)，并且x＝0.8‑2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.05.01 GB 1507524.51.一种施用于基材表面的涂层，其中所述涂层包含MSx和/或MSex中的一种或多种，其中M为钼(Mo)和/或钨(W)，并且x＝0.8-2。2.根据权利要求1所述的涂层，其中x＝2。3.根据权利要求1所述的涂层，其中所述涂层还包括碳、钛和/或硼。4.根据权利要求1所述的涂层，其中所述涂层包含以下的至少一种：锆、镍、钴、铅、铬、金、银、碳、铌、钽、PTFE、硼和/或钛。5.根据前述权利要求中任一项所述的涂层，其中所述涂层包含以下的至少一种：CaF2、BaF2、CeF3、LaF3；PbO、NiO、Cu2O、ZrO2、Ag2O、Al2O3、Sb2O3；TiB2、ZrB2、CrB2、碳化硼、氮化硼、氮化硅、氮化钛、碳化钛、碳化硅和/或碳化钨。6.根据权利要求1所述的涂层，其中所述涂层由MoS2层、金属材料层和金属硼化物层形成。7.根据权利要求1所述的涂层，其中所述涂层由MoS2、金属材料层和金属硼化物形成，所述MoS2、金属材料层和金属硼化物共沉积以形成均质混合物。8.根据前述权利要求中任一项所述的涂层，其中所述涂层由多个二硫化钼/金属复合材料和TiB2纳米级多层形成，其被施用以形成所需厚度的涂层，同时基本保持所形成的涂层的磨损率。9.根据权利要求8所述的涂层，其中在至多4.0μm的涂层厚度下，所述涂层的磨损率为至少1×10-17m3N-1m-1。10.根据前述权利要求中任一项所述的涂层，其中所述涂层的工作温度为>450℃。11.根据权利要求1所述的涂层，其中所述涂层是纳米晶体，并且所述纳米晶体的基面与施用所述涂层的基材表面基本平行。12.一种制品，其具有施用至其表面的权利要求1-11中任一项所述的涂层。13.根据权利要求12所述的制品，其中所述涂层用于形成用于所述制品的固体润滑剂表面涂层，所述制品用于以下的任...

【专利技术属性】
技术研发人员：X·张，K·库克，
申请(专利权)人：梯尔镀层有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB