一种WB制造技术

本发明专利技术涉及耐磨涂层技术领域，尤其涉及一种WB

【技术实现步骤摘要】
一种WB2/WBC多层硬质涂层及其制备方法和应用
本专利技术涉及耐磨涂层
，尤其涉及一种WB2/WBC多层硬质涂层及其制备方法和应用。
技术介绍
随着现代制造业的快速发展，钛、铝及其合金等有色金属、高温合金等难加工材料在自动化及航空航天等领域得到广泛应用，目前实现这类材料的高速、高效、精密加工主要依赖进口刀具，已成为我国机加工行业的技术难题。AlB2型WB2是一种新型超硬亚稳相材料，由离子键、共价键和金属键共同组成，这使得WB2兼具陶瓷和金属的优良特性，具有高硬度、高的熔点、化学惰性、导热性及良好的自润滑性，且与有色金属的化学亲和力低；因此，在硬质耐磨涂层领域展现出广阔的应用前景，可用于刀具和其他工件的表面防护。Sun等(MicrostructureandpropertiesofAlB2typeWB2thinfilmsdepositedbydirectcurrentmagnetronsputtering，Surface&CoatingsTechnology,2014,245:108-116)采用磁控溅射技术制备出WB2涂层，涂层硬度35～40GPa，摩擦系数0.3～0.4，磨损率为10-7mm3/mN量级。Pei等(Effectofcarboncontentonmicrostructures,mechanicalandtribologicalpropertiesandthermalstabilityinWBCfilms,Surface&CoatingsTechnology,2016,291:276-285.)通过C掺杂对WB2涂层进行了进一步改性，涂层的硬度可提高至45GPa，摩擦系数为0.32左右，磨损率为10-7～10-8mm3/mN，且涂层的热稳定性得到显著提升。但是，Pei等优化出的WBC涂层在高能粒子轰击和结构效应的共同作用下，涂层的残余应力高达-3GPa，使涂层的厚度难以超过3μm从而降低涂层的使用寿命，且长时间放置后涂层因应力释放容易从基体剥离而影响使用；此外，Pei优化出的WBC涂层摩擦系数并未明显降低，仍具有较高的使用能耗。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种WB2/WBC多层硬质涂层及其制备方法和应用，该硬质涂层具有较低的应力和摩擦系数，能够进一步提高WB2基硬质涂层的综合性能和使役寿命，可应用于刀具或其他工件的表面防护。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种WB2/WBC多层硬质涂层，包括与基体接触的WB2压应力膜层和在所述WB2压应力膜层表面依次交替层叠的WB2亚层和WBC亚层；与所述WB2压应力膜层相接触的为WB2亚层；所述WB2/WBC多层硬质涂层的最外层为WBC亚层；每层WB2亚层中独立地含有AlB2型WB2，或者含有WB2(C)固溶体和AlB2型WB2；每层WBC亚层中独立地含有α-WBC、α-WC和α-C。优选的，每层WB2亚层中C的含量独立为0～20at.％；每层WBC亚层中C的含量独立为30～85at.％。优选的，所述WB2压应力膜层的厚度为100～300nm。优选的，各所述WB2亚层和各所述WBC亚层的厚度独立为10～1000nm。优选的，所述WB2/WBC多层硬质涂层的厚度为1.0～10μm。本专利技术提供了上述方案所述WB2/WBC多层硬质涂层的制备方法，包括以下步骤：采用磁控溅射的方法在基体表面沉积WB2压应力膜层；在所述WB2压应力膜层表面交替沉积WB2亚层和WBC亚层；WB2亚层与WB2压应力膜层相接触；所述WB2/WBC多层硬质涂层的最外层为WBC亚层，得到WB2/WBC多层硬质涂层；各沉积过程采用的靶材均为WB2靶材。优选的，沉积所述WB2压应力膜层的条件包括：靶基距50～150mm，靶电流0.4～2.0A，工作气体为Ar，Ar压强为0.2～0.5Pa，基体脉冲偏压为-150～-200V，占空比为20～60％，沉积温度为100～500℃。优选的，沉积每层WBC亚层的条件包括：靶基距独立为50～150mm，靶电流独立为0.4～2.0A，工作气体为Ar和C2H2，总工作压强独立为0.3～1.0Pa，C2H2分压独立为0.01～0.1Pa，基体脉冲偏压独立为0～-100V，占空比独立为20～60％，沉积温度独立为100～500℃。优选的，当WB2亚层中C的含量为0时，沉积每层WB2亚层的条件独立地包括：靶基距独立为50～150mm，靶电流独立为0.4～2.0A，工作气体为Ar，Ar压强独立为0.3～1.0Pa，基体脉冲偏压独立为0～-100V，占空比独立为20～60％，沉积温度独立为100～500℃；当WB2亚层中C的含量不为0时，沉积每层WB2亚层的条件包括：靶基距独立为50～150mm，靶电流独立为0.4～2.0A，工作气体为Ar和C2H2，总工作压强独立为0.3～1.0Pa，C2H2分压独立小于0.01Pa；基体脉冲偏压独立为0～-100V，占空比独立为20～60％，沉积温度独立为100～500℃。本专利技术提供了上述方案所述WB2/WBC多层硬质涂层或上述方案所述制备方法制备得到的WB2/WBC多层硬质涂层作为保护层在工件表面防护中的应用。本专利技术提供了一种WB2/WBC多层硬质涂层，包括与基体接触的WB2压应力膜层和在所述WB2压应力膜层表面依次交替层叠的WB2亚层和WBC亚层；与所述WB2压应力膜层相接触的为WB2亚层；所述WB2/WBC多层硬质涂层的最外层为WBC亚层；每层WB2亚层中独立地含有AlB2型WB2，或者含有WB2(C)固溶体和AlB2型WB2；每层WBC亚层中独立地含有α-WBC、α-WC和α-C。本专利技术将WB2压应力膜层与基体接触，以保证WB2/WBC多层硬质涂层和基体具有较高的结合力；本专利技术的WB2亚层中独立地含有AlB2型WB2，或者含有WB2(C)固溶体和AlB2型WB2，作为硬质层；WBC亚层中含有α-WBC、α-WC和α-C，作为软质层和润滑层；本专利技术通过WB2亚层和WBC亚层的交替层叠，实现了软/硬膜层、硬质层/润滑层的耦合，WBC软质层/润滑层可降低涂层整体应力水平，增加涂层韧性和耐磨性；多层硬质涂层中的点缺陷易扩散至界面处，通过界面位错的形成可降低相关的应变场，达到降低涂层应力的效果。实施例的结果表明，本专利技术的WB2/WBC多层硬质涂层残余应力较小(0～-1GPa)，韧性较高，厚度可以超过3μm，提高了涂层的使用寿命；涂层的摩擦系数在0.05～0.2，磨损率低至10-7～10-8mm3/mN量级，可作为保护层应用于刀具或其他工件的表面防护。此外，本专利技术的WB2/WBC多层硬质涂层结构致密，截面无贯穿的柱状结构，表面光滑，可增加涂层的韧性及耐蚀性。进一步的，本专利技术通过改变WB2/WBC多层涂层中硬质层的有效含量(厚度)，可以调控涂层的硬度，涂层硬度范围较宽(15～30GPa)，因此可适用于不同硬度工件的防护。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种WB

【技术特征摘要】
1.一种WB2/WBC多层硬质涂层，包括与基体接触的WB2压应力膜层和在所述WB2压应力膜层表面依次交替层叠的WB2亚层和WBC亚层；与所述WB2压应力膜层相接触的为WB2亚层；所述WB2/WBC多层硬质涂层的最外层为WBC亚层；
每层WB2亚层中独立地含有AlB2型WB2，或者含有WB2(C)固溶体和AlB2型WB2；
每层WBC亚层中独立地含有α-WBC、α-WC和α-C。


2.根据权利要求1所述的WB2/WBC多层硬质涂层，其特征在于，每层WB2亚层中C的含量独立为0～20at.％；每层WBC亚层中C的含量独立为30～85at.％。


3.根据权利要求1所述的WB2/WBC多层硬质涂层，其特征在于，所述WB2压应力膜层的厚度为100～300nm。


4.根据权利要求1所述的WB2/WBC多层硬质涂层，其特征在于，各所述WB2亚层和各所述WBC亚层的厚度独立为10～1000nm。


5.根据权利要求4所述的WB2/WBC多层硬质涂层，其特征在于，所述WB2/WBC多层硬质涂层的厚度为1.0～10μm。


6.权利要求1～5任一项所述WB2/WBC多层硬质涂层的制备方法，包括以下步骤：
采用磁控溅射的方法在基体表面沉积WB2压应力膜层；
在所述WB2压应力膜层表面交替沉积WB2亚层和WBC亚层；WB2亚层与WB2压应力膜层相接触；所述WB2/WBC多层硬质涂层的最外层为WBC亚层，得到WB2/WBC多层硬质涂层；
各沉积过程采用的靶材均为WB2靶材。


7.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘艳明，田理，贾红敏，王晨，雒设计，刘忠军，
申请(专利权)人：西安石油大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61