一种棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺制造技术

本发明专利技术提供了一种棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺，属于减摩涂层领域。本发明专利技术在织构化基体表面利用电射流喷射沉积法沉积一层均匀的ZrO2硬涂层作为过渡层，之后在方孔掩膜板的辅助下逐块交替沉积ZrO2和MoS2涂层块，形成紧密排列的棋盘交替式涂层，最后在其表面沉积一层均匀的MoS2润滑层。沉积完成后置于真空烧结炉中高温致密化处理，得到棋盘交替式软硬复合涂层。本发明专利技术实现了软硬涂层紧密有序排列的棋盘交替式软硬复合涂层的加工成型，能同时复合多种材料并减小了涂层厚度，增强了软、硬涂层之间的结合强度，能充分发挥软硬涂层的协同效应，具有生产周期短、绿色环保的特点。绿色环保的特点。绿色环保的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺


[0001]本专利技术属于减摩涂层领域，特别是涉及一种棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]与传统单一材料涂层相比，软硬复合涂层能够将软涂层极低的摩擦系数与硬涂层的高硬度和高耐磨性有机结合，克服了单一软涂层的低硬度和较差的可持续性，比如WS2、MoS2、石墨等；弥补了单一硬涂层的高摩擦系数的缺陷，比如ZrO2、TiN、Al2O3等；有效地提高了基体的减摩耐磨性能，延长使用寿命，解决了单一材料涂层本身的应用局限性，软、硬交替复合涂层已经成为如今的研究热点。
[0004]中国专利(CN201810783943.4)专利技术了“一种激光辅助电射流沉积软硬复合涂层刀具的制备工艺”，它采用电射流沉积法依次在基体表面均匀沉积硬涂层和软涂层，然后对软硬复合叠层进行热烘和激光固化成型，得到一体化、垂直方向上有序排列的软硬复合涂层。但制备的复合涂层中软、硬涂层之间结合力难以保证，通过硬涂层提高涂层的抗压强度，软涂层降低涂层的抗剪切强度，未能充分发挥软硬涂层的协同作用。
[0005]中国专利(CN202010418578.4)专利技术了“一种横向软硬相间的自润滑涂层的制备方法”，它在基体表面依次粘贴、去除绝缘材料来覆盖不需要制备涂层的地方，采用电火花沉积法制备硬涂层或软涂层，得到了具有较高结合强度和较大厚度的横向软硬相间的自润滑涂层。但该方法制得的涂层残余拉应力较大、涂层表面缺陷多，绝缘材料的使用寿命短且在粘贴、去除过程中会影响涂层质量。
[0006]中国专利(CN202210065072.9)专利技术了“基于掩膜板的电射流法交替沉积软硬复合薄膜的制备工艺”，提供了交替沉积条形软硬复合薄膜。但该方法制备的涂层的过渡层与基体间的结合力、软硬涂层间的结合力、涂层寿命等仍有待提升。
[0007]综上，现有的软硬复合涂层仍然存在软、硬涂层之间结合性能不理想，未能充分发挥软硬涂层的协同作用，涂层厚度较大，涂层表面质量较难保证，涂层制备工艺成本高等缺陷。

技术实现思路

[0008]针对现有技术存在的问题，本专利技术旨在提供一种棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺。该棋盘交替式软硬复合涂层的结构自下而上为“ZrO2过渡层
‑
ZrO2和MoS2棋盘交替层
‑
MoS2润滑保护层”。本专利技术是先在基体表面利用激光制备微织构，再利用电射流喷射沉积法沉积一层均匀的ZrO2硬涂层作为过渡层，之后按照“硬涂层块
‑
软涂层块
‑
硬涂层块
‑
软涂层块”的沉积顺序，在掩膜板的辅助下逐块交替沉积ZrO2和MoS2以制备棋盘交替式软硬复合涂
层，最后在棋盘交替式涂层表面沉积一层均匀的MoS2软涂层。沉积完成后置于真空烧结炉中高温致密化处理。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]本专利技术的第一个方面，提供了一种棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺，包括：
[0011]在基体表面利用激光制备微织构；
[0012]在所述微织构上沉积一层均匀的ZrO2硬涂层作为过渡层；
[0013]在所述过渡层上按照“硬涂层块
‑
软涂层块
‑
硬涂层块
‑
软涂层块”的沉积顺序，在掩膜板的辅助下逐块交替沉积ZrO2和MoS2，得到棋盘交替式软硬复合涂层；
[0014]在棋盘交替式软硬复合涂层表面沉积一层均匀的MoS2软涂层，沉积完成后，烧结，即得。
[0015]基于上述棋盘交替式软硬复合涂层，本专利技术还针对ZrO2层或MoS2层的沉积和烧结工艺进行了探究。经验证，沉积多层ZrO2或MoS2，每沉积一层便依次置于150～180℃、300～350℃的预热平台上各加热60～80s，沉积完成后置于300～320℃预热平台上烘烤10～15min，获得的棋盘交替式软硬复合涂层具有较优的耐磨性、结合力，减摩寿命显著提高。
[0016]本专利技术的第二个方面，提供了上述的工艺制备的棋盘交替式软硬复合涂层。
[0017]本专利技术的第三个方面，提供了上述的棋盘交替式软硬复合涂层在金属表面工程领域中的应用。
[0018]本专利技术的有益效果
[0019](1)本专利技术采用一种棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺，设备简单、可控性强。同时制备的涂层致密度高，涂层表面气孔少，能够很好地保证涂层的质量，且具有较低的摩擦系数、生产周期短和绿色环保的特点，易在各种平面基板上成膜、用料少、成本低，非常适合于工业化生产。
[0020](2)通过上述工艺实现了软硬涂层块有序排列的棋盘交替式软硬复合涂层的加工成型，软硬涂层的棋盘交替式排列能增强软、硬涂层之间的结合强度，同时复合多种材料并减小了涂层厚度，充分发挥软硬涂层的协同效应，弥补单一材料的不足，为基体提供减摩耐磨的效果，使用寿命大大提高。
[0021](3)与专利CN202210065072.9制备的涂层相比，本专利技术具有如下优势：
[0022]①
基体具备织构，增强了涂层的过渡层与基体间的结合力。
[0023]②
棋盘式结构能够进一步增强软硬涂层间的结合力。
[0024]③
棋盘式交替层表面涂覆软涂层，能够进一步降低涂层的摩擦系数，软涂层能更好地保护硬涂层并延长涂层寿命。
[0025]④
棋盘式交替层可以同时复合2～4种材料。
附图说明
[0026]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示例性实施例及其说明仅用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0027]图1为本专利技术的一种棋盘交替式软硬复合涂层的制备过程示意图。其中：浆料1、浆料2和浆料4均为ZrO2溶胶，浆料3、浆料5和浆料6均为MoS2溶液。
[0028]图2为本专利技术的一种棋盘交替式软硬复合涂层的截面示意图。其中：7为MoS2润滑
保护层、8为ZrO2‑
MoS2棋盘交替式软硬复合涂层、9为ZrO2过渡层、10为微织构凹槽、11为316L不锈钢基体。
[0029]图3为棋盘式交替涂层和垂直复合叠层摩擦因数随摩擦时长变化对比图。
具体实施方式
[0030]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0031]一种棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺，其主要特征是在基体表面有利用激光制备的微织构，以增强基体与过渡层间的结合强度，其上沉积一层ZrO2硬涂层作为过渡层，以增强棋盘交替式软硬复合涂层与基体的结合性能。再利用掩膜板辅助电射流喷射沉积法，按照“硬涂层块本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺，其特征在于，包括：在基体表面利用激光制备微织构；在所述微织构上沉积一层均匀的ZrO2硬涂层作为过渡层；在所述过渡层上按照“硬涂层块
‑
软涂层块
‑
硬涂层块
‑
软涂层块”的沉积顺序，在掩膜板的辅助下逐块交替沉积ZrO2和MoS2，得到棋盘交替式软硬复合涂层；在棋盘交替式软硬复合涂层表面沉积一层均匀的MoS2软涂层，沉积完成后，烧结，即得；按上述方式沉积多层ZrO2或MoS2，每沉积一层便依次置于150～180℃、300～350℃的预热平台上各加热60～80s，沉积完成后置于300～320℃预热平台上烘烤10～15min。2.如权利要求1所述的棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺，其特征在于，激光加工的参数为4～6W、20～30kHz、100～120mm/s。3.如权利要求1所述的棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺，其特征在于，ZrO2溶胶的配制方法为：将正丙醇锆、乙酸和无水乙醇混合均匀，搅拌条件下进行反应，静置，得到ZrO2溶胶。4.如权利要求1所述的棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺，其特征在于，MoS2溶液的配制方法为：将MoS2粉末、乙基纤维素和无水乙醇混合均匀，搅拌10～12h，即得。5.如权利要求1所述的棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺，其特征在于，ZrO2溶胶的沉积采用电射流喷射沉积法，参数为：选用内径0.4～0.6mm的喷针，调节针头与基体间距为2～4mm，注射泵以6～8μL/min的速度将ZrO2溶胶注入喷针，将高压电源调至2.6
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3.0kV。6.如权利要求1所述的棋盘交替式软硬复合涂层的制备工艺，其特征在于，MoS2溶液的沉积采用电射流喷射沉积法，参数为：选用内径0.6～0.8mm的喷针，调节针头...

【专利技术属性】
技术研发人员：张志慧，邓建新，王冉，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：