The invention belongs to the technical field of preparing tool coatings and surface protective coatings, and discloses a multilayer multicomponent nanocomposite self-lubricating hard coating, its preparation method and application. The coating comprises a bottom-up Cr bombardment implantation layer, a CrN transition layer, an AlTiN hard core layer and a MoVCuN surface lubrication layer deposited on a carbide or high speed steel tool substrate; the MoVCuN surface lubrication layer is prepared by using an anode layer ion source assisted magnetron sputtering deposition, and the atomic percentage of each element in the layer. Ratio: Mo 34-44 at.%, V 6-10 at.%, Cu 0.3-0.5 at.%, N 50-55 at.%. The invention organically combines the advantages of arc ion plating composite anode layer ion source assisted magnetron sputtering deposition technology. The prepared coating has high hardness and low friction coefficient, and can achieve self-lubrication effect in a wide temperature range.
【技术实现步骤摘要】
一种多层多元纳米复合自润滑硬质涂层及其制备方法和应用
本专利技术属于刀具涂层和表面防护涂层制备
,特别涉及一种多层多元纳米复合自润滑硬质涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来受环保法规以及润滑油成本升高等因素的影响,切削刀具涂层正在逐步地向干式固体润滑材料方向发展。目前中低温下常用的固体润滑剂有石墨、MoS2和软金属Ag等,但这类单组分涂层在高温或潮湿环境下通常由于氧化而失去润滑性能。而自润滑涂层主要通过元素组分在高温下逐渐向涂层外表面扩散,并发生原位氧化反应生成氧化物润滑相来达到自润滑效果,如容易形成Magnéli相润滑氧化物的MoVCuN涂层。尽管高温下MoN和VN相的快速氧化有利于润滑氧化物的形成,但却降低了涂层的高温热稳定性能。而且MoN相的低摩擦学性能基本上仅限于500℃以下的温度范围,这是由于高温下MoO3氧化物相不稳定,容易在高温下挥发,从而导致高温耐磨性的急剧降低。因此,如何解决MoVCuN涂层在氧化过程中的快速氧化问题,实现一定宽温域范围内的自润滑效果,已成为急需解决的关键技术问题。电弧离子镀和磁控溅射沉积是现阶段制备刀具涂层的主流PVD技术。其中,电弧离子镀技术具有金属离化率高、膜层致密和附着力强等优点,适合于工业化大面积工件镀膜的沉积制备,但其制备的涂层表面质量较差,多金属液滴且膜内应力大;而磁控溅射沉积技术制备的涂层表面较光滑,无明显大颗粒缺陷,但金属离化率低,导致膜基结合力差,涂层容易剥落。气体离子源辅助磁控溅射沉积技术的出现,在一定程度上提高了磁控溅射的离化率和轰击作用,从而实现了较致密涂层的制备。
技术实现思路
为了克服 ...
【技术保护点】
1.一种多层多元纳米复合自润滑硬质涂层,其特征在于:该涂层由下到上包括衬底基体、Cr轰击植入层、CrN过渡层、AlTiN硬质核心层以及MoVCuN表面润滑层;其中AlTiN硬质核心层是采用电弧离子镀技术制备的,该层各元素的原子百分比含量:Al 29~30at.%,Ti 14~15at.%,N 55~56at.%;所述MoVCuN表面润滑层是采用阳极层离子源辅助磁控溅射沉积制备的,该层各元素原子百分比:33.7~44.7at.%,V 5.7~10.4at.%,Cu 0.3~0.5at.%,N 49.3~55.4at.%。
【技术特征摘要】
1.一种多层多元纳米复合自润滑硬质涂层,其特征在于:该涂层由下到上包括衬底基体、Cr轰击植入层、CrN过渡层、AlTiN硬质核心层以及MoVCuN表面润滑层;其中AlTiN硬质核心层是采用电弧离子镀技术制备的,该层各元素的原子百分比含量:Al29~30at.%,Ti14~15at.%,N55~56at.%;所述MoVCuN表面润滑层是采用阳极层离子源辅助磁控溅射沉积制备的,该层各元素原子百分比:33.7~44.7at.%,V5.7~10.4at.%,Cu0.3~0.5at.%,N49.3~55.4at.%。2.根据权利要求1所述的一种多层多元纳米复合自润滑硬质涂层,其特征在于:所述CrN过渡层的厚度为100~300nm,AlTiN硬质核心层的厚度为1.0~2.0μm,MoVCuN表面润滑层的厚度为0.5~1.5μm。3.根据权利要求1所述的一种多层多元纳米复合自润滑硬质涂层,其特征在于:所述衬底基体为硬质合金或高速钢刀具基体。4.根据权利要求1所述的一种多层多元纳米复合自润滑硬质涂层的制备方法,其特征在于包括以下步骤:(1)将经预处理后的衬底基体固定在镀膜腔室内的工件转架上,调节工件转架自转速度2~5rpm,使基体正对靶材表面,调节水平靶基距50~150cm,垂直靶基距0~44cm,打开加热器升温至100~300℃,预抽本底真空至3.0~5.0×10-3Pa;(2)打开Ar气流量阀,调节气压1.0~2.0Pa,开启直流脉冲偏压电源,调节基体偏压至-800~-1000V,占空比40%~80%,频率40~80kHz,对腔体进行辉光溅射清洗10~30min;(3)降低基体偏压至-600~-800...
【专利技术属性】
技术研发人员:王启民,梅海娟,张腾飞,王瑞,
申请(专利权)人:广东工业大学,
类型:发明
国别省市:广东,44
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。