一种具有高温自润滑周期性多层结构涂层及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种具有高温自润滑周期性多层结构涂层，该周期性多层结构涂层由基体、依次沉积在基体外表面的Cr结合层和(CrNbTiAlV)CN

【技术实现步骤摘要】
一种具有高温自润滑周期性多层结构涂层及其制备方法


[0001]本专利技术涉及轴承表面防护领域，尤其涉及一种具有高温自润滑周期性多层结构涂层及其制备方法。

技术介绍

[0002]针对新一代航空发动机朝着大推重比、高耐久性及低耗油率等方向发展，服役于航空发动机上的轴承面临着重载、高速、断油等复杂恶劣工况，因此，发展新型耐高温、高承载、低摩擦、抗磨损固体润滑涂层材料对突破关键机械运动部件之间润滑性能的瓶颈具有重要的意义。
[0003]硬质高熵氮化物涂层具有高承载力，可降低磨粒磨损和延长摩擦寿命，但单一结构的高熵氮化物涂层具有较高的摩擦系数，且在高温下的抗氧化性能较差。MoN涂层具有良好的高温润滑性能，在高温下形成易剪切的MoO3润滑相。而构筑纳米多层结构可实现涂层的强度与润滑性能之间的有效协同。因此，通过调控硬质高熵氮化物涂层和MoN涂层的周期厚度，充分发挥高温下两种涂层之间的有效协同润滑作用，来解决航空发动机轴承用高温耐磨润滑涂层的技术问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种调制周期不同的具有高温自润滑周期性多层结构涂层。
[0005]本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供该具有高温自润滑周期性多层结构涂层的制备方法。
[0006]为解决上述问题，本专利技术所述的一种具有高温自润滑周期性多层结构涂层，其特征在于：该周期性多层结构涂层由基体、依次沉积在基体外表面的Cr结合层和(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN顶层组成；所述(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN顶层由(CrNbTiAlV)CN
x
层和MoN层交替沉积所得，调制周期为50~420 nm，调制比为1:1~1.2:1。
[0007]如上所述的一种具有高温自润滑周期性多层结构涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴
将基体进行预处理；
⑵
将预处理后的基体放入到真空腔室里进行抽真空，当真空度低于1
×
10
‑
3 Pa时，用离子轰击基体表面进行溅射清洗，得到清洗后的基体；
⑶
采用磁控溅射技术，先在清洗后的基体表面沉积一层Cr结合层，然后再通过磁控溅射多靶交替沉积(CrNbTiAlV)CN
x
层和MoN层，以形成 (CrNbTiAlV)CN
x
/MoN周期性多层复合顶层。
[0008]所述步骤
⑴
中基体的材质为8Cr4Mo4V高温合金钢。
[0009]所述步骤
⑶
中Cr结合层的沉积参数是：Cr靶电流为4.5 A，Ar流量为18 sccm，偏压为60~120 V，基体转速为5 rpm，沉积时间为14 min。
[0010]所述步骤
⑶
中(CrNbTiAlV)CN
x
层的沉积参数是多元拼接靶(Cr
‑
Nb
‑
Ti
‑
Al
‑
V)电流为4.5 A，C靶电流为4 A，Ar流量为18 sccm，N2流量为38 sccm，偏压为50~126 V，基体转速为5 rpm，单层沉积时间为2~20 min。
[0011]所述步骤
⑶
中MoN层的沉积参数是Mo靶电流为4 A，Ar流量为18 sccm，N2流量为38 sccm，偏压为50~126 V，基体转速为5 rpm，单层沉积时间为2~20 min。
[0012]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：1、本专利技术周期性多层结构涂层采用磁控溅射技术，通过改变单层涂层的沉积时间，制备出具有不同调制周期的(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN多层结构涂层。
[0013]2、本专利技术所制备的(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN多层复合涂层层间界面平整，周期性结构清晰且致密，在高温下具有良好的自润滑性能。该(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN多层在500 ℃下的摩擦系数为0.11~0.34，涂层与基体的结合力为65~85 N。
[0014]3、本专利技术采用磁控溅射技术在室温下制备，基材无需任何额外的加热过程，在沉积过程中控制N2流量和基体转速不变，通过调控多元拼接靶(Cr
‑
Nb
‑
Ti
‑
Al
‑
V)和Mo靶的电流和沉积时间，来控制多层涂层中的调制周期，从而制备出某一调制周期下具有最低摩擦系数的(CrNbTiAlV)N
x
/MoN多层涂层。
[0015]4、本专利技术采用磁控溅射技术，其制备工艺简单可控，通过周期性多层结构设计得到高温环境下具有最低摩擦系数的功能性复合涂层，可用于高温环境中减摩耐磨部件。
附图说明
[0016]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0017]图1为本专利技术制备的(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN多层涂层的截面SEM像。
[0018]图2为本专利技术制备的(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN多层涂层的结合力。
[0019]图3为本专利技术制备的(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN多层涂层的摩擦系数。
具体实施方式
[0020]一种具有高温自润滑周期性多层结构涂层，该周期性多层结构涂层由基体、依次沉积在基体外表面的Cr结合层和(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN顶层组成；所述(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN顶层由(CrNbTiAlV)CN
x
层和MoN层交替沉积所得，调制周期为50~420 nm，调制比为1:1~1.2:1。
[0021]其制备方法，包括以下步骤：
⑴
将基体进行预处理。基体的材质为8Cr4Mo4V高温合金钢。
[0022]⑵
将预处理后的基体放入到真空腔室里进行抽真空，当真空度低于1
×
10
‑
3 Pa时，用离子轰击基体表面进行溅射清洗，得到清洗后的基体。
[0023]⑶
采用磁控溅射技术，先在清洗后的基体表面沉积一层Cr结合层，然后再通过磁控溅射多靶交替沉积(CrNbTiAlV)CN
x
层和MoN层，以形成 (CrNbTiAlV)CN
x
/MoN周期性多层复合顶层。
[0024]其中：Cr结合层的沉积参数是：Cr靶电流为4.5 A，Ar流量为18 sccm，偏压为60~120 V，基体转速为5 rpm，沉积时间为14 min。
[0025](CrNbTiAlV)CN
x
层的沉积参数是多元拼接靶(Cr
‑
Nb
‑
Ti
‑
Al
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高温自润滑周期性多层结构涂层，其特征在于：该周期性多层结构涂层由基体、依次沉积在基体外表面的Cr结合层和(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN顶层组成；所述(CrNbTiAlV)CN
x
/MoN顶层由(CrNbTiAlV)CN
x
层和MoN层交替沉积所得，调制周期为50~420 nm，调制比为1:1~1.2:1。2.如权利要求1所述的一种具有高温自润滑周期性多层结构涂层的制备方法，包括以下步骤：
⑴
将基体进行预处理；
⑵
将预处理后的基体放入到真空腔室里进行抽真空，当真空度低于1
×
10
‑
3 Pa时，用离子轰击基体表面进行溅射清洗，得到清洗后的基体；
⑶
采用磁控溅射技术，先在清洗后的基体表面沉积一层Cr结合层，然后再通过磁控溅射多靶交替沉积(CrNbTiAlV)CN
x
层和MoN层，以形成 (CrNbTiAlV)CN
x
/MoN周期性多层复合顶层。3.如权利要求2所述的一种具有高温自润滑周期性多层结构涂层的制备方法，其特征在于：所述步骤
⑴...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝俊英，鲁晓龙，隋旭东，刘维民，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：