一种TiN-CrMoN耐摩擦复合涂层的制备方法技术

本发明专利技术为一种TiN‑CrMoN耐摩擦复合涂层的制备方法，该方法包括：选用M2高速钢作为基片，先对基本进行预处理；采用多弧离子镀设备制备TiN涂层，靶材采用纯Ti靶，先沉积Ti过渡层，再沉积TiN沉积层；采用多弧离子镀设备制备CrMoN涂层，靶材采用Cr靶和Mo，调节靶电流，使得Ar靶电流大于Mo靶电流，沉积时间为60min，再次调节靶电流，使得Ar靶电流小于Mo靶电流，沉积时间为70min。本发明专利技术所制备的TiN‑CrMoN耐摩擦复合涂层的摩擦性能得到改善，降低其摩擦因数和磨损率，涂层质量得到改善，具有较高的硬度和低的弹性模量。

A preparation method of tin CrMoN friction resistant composite coating

【技术实现步骤摘要】
一种TiN-CrMoN耐摩擦复合涂层的制备方法
本专利技术涉及耐磨材料
，具体涉及一种TiN-CrMoN耐摩擦复合涂层的制备方法。
技术介绍
氮化钛涂层由于其优异的耐磨性能和对人体高的安全性，已经被成功应用于耐磨工件和医疗器械的表面防护。近年来，TiN涂层逐渐被期望应用于包括食品机械在内的涉及摩擦磨损的更多新领域。因此，为了满足更多应用领域的要求，必须进一步改善TiN涂层的摩擦学性能。由于其改性层与基体之间无界面、可以大幅提高基体硬度和疲劳强度等优点，离子注入在整体材料表面改性方面一直被广泛应用。通过在机械零部件表面涂覆一层纳米级或微米级厚度的防护涂层，便能很好的保护零部件，并且通过调制涂层的成分和结构可以制备不能功能的涂层。当前，人们为了提高切削刀具、机械零部件等的耐磨性和使用寿命，普遍采用过渡族金属的碳化物或氮化物等硬质涂层。但是，众所周知的问题是传统的硬质涂层摩擦系数相对较高，较高的摩擦系数则会导致能耗增加和接触区域温度过高。将N离子注入后在TiN涂层表面形成了非晶软层，从而改善其摩擦学性能，但注入剂量提高不利于涂层摩擦因数的降低在TiN涂层表面进行了不同剂量的C离子注入，TiN涂层的硬度可以得到显著提高，注入剂量的提高将提高C离子的注入深度和含量，改善其摩擦学性能，但注入剂量较低时会导致TiN涂层摩擦因数的增大。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术旨在提供一种TiN-CrMoN耐摩擦复合涂层的制备方法。本专利技术所制备的TiN-CrMoN耐摩擦复合涂层的摩擦性能得到改善，降低其摩擦因数和磨损率，涂层质量得到改善，具有较高的硬度和低的弹性模量。本专利技术的具体技术方案为：一种TiN-CrMoN耐摩擦复合涂层的制备方法，该制备方法包括：步骤一，选用M2高速钢作为基片，先对基本进行预处理；步骤二，采用多弧离子镀设备制备TiN涂层，靶材采用纯Ti靶，先沉积Ti过渡层，再沉积TiN沉积层；步骤三，采用多弧离子镀设备制备CrMoN涂层，靶材采用Cr靶和Mo，调节靶电流，使得Ar靶电流大于Mo靶电流，沉积时间为60min，再次调节靶电流，使得Ar靶电流小于Mo靶电流，沉积时间为70min。进一步地，所述预处理包括将基片在打磨机上打磨后，然后采用金刚石研磨膏进行抛光处理，再依次经丙酮和无水乙醇各超声清洗15min。进一步地，其特征在于：在所述步骤二中，在沉积Ti过渡层时，偏压为200V，高纯Ar气100ML/min，沉积时间为10min。进一步地，在所述步骤二中，在沉积TiN涂层时，包括Ar流量为80ML/min，N2流量为120ML/min，沉积TiN涂层30min；再调节调节N2和Ar气的流量，使得Ar流量为40ML/min，N2流量为160ML/min，沉积TiN30min。进一步地，在所述步骤二中，基体偏压为-120V，温度为450℃，工作气压为2.5Pa。进一步地，在所述步骤三中，先调节Cr靶电流为0.5A，改变Mo靶电流分别为0.3A，沉积时间为60min，再调节Cr靶电流为0.3A，改变Mo靶电流分别为0.5A，沉积时间为70min。进一步地，在所述步骤三中，Ar流量为80ML/min，N2流量为150ML/min，气压保持在0.5Pa，基片温度为300℃。进一步地，形成的复合涂层包括TiN涂层（3.2μm），TiNrN涂层及CrN过渡层（0.7μm）和CrMoN涂层（2.9μm）。进一步地，形成的复合涂层摩擦系数为0.29，磨损率为1.53。本专利技术与现有技术相比可实现以下有益效果：复合涂层表面进行的Mo离子注入形成新的金属相，还可在磨损过程中不断形成熔点较低的金属氧化物作为有效的润滑相，更加明显的改善复合涂层的摩擦学性能，降低其摩擦因数和磨损率。由于Mo的加入，CrMoN涂层摩擦性能得到了提升，CrMoN涂层在摩擦过程中氧化生成了具有自润滑作用的MoO3。N2流量的设置使得涂层质量得到改善，颗粒较小且均匀分布，提高了涂层与基体及涂层间的结合力。涂层具有较高的硬度和低的弹性模量，可以提高材料的抗塑性变形能力。附图说明图1为复合涂层摩擦系数随时间变化关系曲线；图2为本专利技术中的复合涂层的划痕表面形貌光学显微照片；图3为复合涂层试样磨损表面形貌光学和电子显微照片。具体实施方式结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。选用直径20mm，厚度2mm的M2高速钢作为基片，将基片在打磨机上打磨后，然后采用金刚石研磨膏进行抛光处理，再依次经丙酮和无水乙醇各超声清洗15min。采用多弧离子镀技术，将室内真空度抽至1.0×10－3Pa以下，通入高纯Ar100ML/min，接通脉冲负偏压电源，调节至700V对试样进行辉光清洗10min。在偏压为200V的条件下，沉积纯Ti层10min。随后调节调节N2和Ar气的流量，使得Ar流量为80ML/min，N2流量为120ML/min，沉积TiN涂层30min，再调节调节N2和Ar气的流量，使得Ar流量为40ML/min，N2流量为160ML/min，沉积TiN30min，基体偏压为-120V，温度为450℃，工作气压为2.5Pa。再次，将Cr靶和Mo靶分别独立放置于真空腔体底部，Cr靶和Mo靶纯度为99.9%，靶基距均为50mm。在Ar/N2气氛中制备沉积CrMoN复合涂层，先调节Cr靶电流为0.5A，改变Mo靶电流分别为0.3A，沉积时间为60min，再调节Cr靶电流为0.3A，改变Mo靶电流分别为0.5A，沉积时间为70min；在沉积过程中，Ar流量为80ML/min，N2流量为150ML/min，气压保持在0.5Pa，基片温度为300℃。所形成的复合涂层包括TiN涂层（3.2μm），TiNrN涂层及CrN过渡层（0.7μm）和CrMoN涂层（2.9μm）。涂层具有较高的硬度和低的弹性模量，可以提高材料的抗塑性变形能力。这是由于Cr溶入到TiNrN涂层及CrN过渡层中，Cr原子引起涂层中晶粒尺寸细化、格畸变以及多组元强化等共同作用的结果。涂层硬度达到最大值3000HV。CrMoN涂层的结构为fcc-CrMoN固溶体中结构。CrMoN涂层表面颗粒间的边界清晰可见，颗粒间更加紧凑致密，未见明显的柱状晶结构。由于Mo的加入，CrMoN涂层摩擦性能得到了提升，摩擦系数为0.29，磨损率为1.53。图1为复合涂层摩擦系数随时间变化关系曲线。经过5min的磨合期后，TiN涂层经过磨合期后摩擦系数维持在0.25左右的稳定期后，在70min时摩擦系数快速上升到较高的稳定期，此时摩擦系数为0.3左右。对摩擦后的试样进行EDS扫描分析表时，CrMoN涂层在摩擦过程中氧化生成了具有自润滑作用的MoO3，低剪切模量的MoO3在常温下能显著提高涂层的耐磨性。在制备复合涂层过程中，N2流量保持在150ML/min。N2流量的设置使得涂层质量得到改善，颗粒较小且均匀分布。若本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种TiN-CrMoN耐摩擦复合涂层的制备方法，其特征在于：该制备方法包括：/n步骤一，选用M2高速钢作为基片，先对基本进行预处理；/n步骤二，采用多弧离子镀设备制备TiN涂层，靶材采用纯Ti靶，先沉积Ti过渡层，再沉积TiN沉积层；/n步骤三，采用多弧离子镀设备制备CrMoN涂层，靶材采用Cr靶和Mo，调节靶电流，使得Ar靶电流大于Mo靶电流，沉积时间为60min， 再次调节靶电流，使得Ar靶电流小于Mo靶电流，沉积时间为70min。/n

【技术特征摘要】
1.一种TiN-CrMoN耐摩擦复合涂层的制备方法，其特征在于：该制备方法包括：
步骤一，选用M2高速钢作为基片，先对基本进行预处理；
步骤二，采用多弧离子镀设备制备TiN涂层，靶材采用纯Ti靶，先沉积Ti过渡层，再沉积TiN沉积层；
步骤三，采用多弧离子镀设备制备CrMoN涂层，靶材采用Cr靶和Mo，调节靶电流，使得Ar靶电流大于Mo靶电流，沉积时间为60min，再次调节靶电流，使得Ar靶电流小于Mo靶电流，沉积时间为70min。


2.根据权利要求1所述的一种TiN-CrMoN耐摩擦复合涂层的制备方法，其特征在于：所述预处理包括将基片在打磨机上打磨后，然后采用金刚石研磨膏进行抛光处理，再依次经丙酮和无水乙醇各超声清洗15min。


3.根据权利要求1所述的一种TiN-CrMoN耐摩擦复合涂层的制备方法，其特征在于：在所述步骤二中，在沉积Ti过渡层时，偏压为200V，高纯Ar气100ML/min，沉积时间为10min。


4.根据权利要求3所述的一种TiN-CrMoN耐摩擦复合涂层的制备方法，其特征在于：在所述步骤二中，在沉积TiN涂层时，包括Ar流量为80ML/min，N2流量为120ML/min，沉积TiN涂层30min；再调节调节N...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：广州市思创信息技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44