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【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于涂层领域,具体涉及一种硬质耐磨tan/mos2复合涂层及其制备方法。
技术介绍
1、随着工业技术的发展和应用领域的拓宽,复杂的工作条件对薄膜材料提出了更高的要求,耐磨防护薄膜材料需要同时兼具高硬度和韧性,但现实中硬度提高往往会导致韧性的下降,从而导致薄膜材料的脆性断裂。过渡族金属氮化物(tmns)如tan具有出色的物理化学性能,但在韧性以及摩擦性能方面还有所不足,所以研究者在改善tan涂层方面做了很多尝试。
2、论文“garcía e,flores-martínez m,rivera l p,et al.the effects of theaddition of zr on the mechanical and tribological properties of tan coating[j].journal of materials engineering and performance,2023:1-11”通过在tan薄膜中添加zr虽然改善了其磨损率(1.5×10-6mm3/n*m),但是硬度降低至仅18gpa。
3、论文“li h,li j,kong j,et al.achieving high toughness and wearresistance for hard tan-ag films actuated by ag[j].international journal ofrefractory metals and hard materials,2023,111:106076.”
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种硬质耐磨tan/mos2涂层及其制备方法,通过改变掺杂元素mo固溶度和mos2含量制备出一种硬质耐磨的tan/mos2涂层。
2、实现本专利技术目的的技术解决方案为:一种硬质耐磨tan/mos2复合涂层的制备方法,以ta靶和mos2靶作为靶材,n2为反应气体,氩气为溅射气体,通过直流磁控溅射靶材,在基底上获得tan/mos2复合涂层。
3、进一步的,包括如下步骤:
4、步骤(1):基材预处理:选择单晶100硅片,裁剪成所需尺寸;
5、步骤(2):溅射沉积cr过渡层;
6、步骤(3):在cr过渡层表面溅射tan/mos2硬质耐磨涂层:采用直流磁控溅射,设置背底真空度低于4.0×10-3pa,靶基距为60±5mm,工作气压为0.4±0.1pa,氩气流量为36±3sccm,n2流量4±1sccm,ta靶溅射功率为150±10w,mos2靶溅射功率20-80w,溅射温度350±20℃,溅射时间45±5min。
7、进一步的,步骤(2)中溅射沉积cr过渡层的具体为:
8、以99.99%高纯cr圆形块体材料作为磁控溅射靶材,采用射频磁控溅射方法,硅衬底上进行预溅射,制备一层完全覆盖的cr薄膜;具体工艺参数为:背底真空度为4×10-3pa以下,工作气压0.4±0.1pa,99.9%高纯ar气作为溅射气体,溅射功率为200±10w,350±10℃衬底加热,无需施加偏压,控制溅射时间为10±2min。
9、一种硬质耐磨tan/mos2复合涂层,采用上述的方法制备。
10、进一步的,cr过渡层的厚度为200-300nm,tan/mos2涂层的厚度为1.71μm-2.34μm。
11、本专利技术中创造性的加入的过渡族金属硫化物中的mos2,可以制备出硬度高达39gpa,磨损率低至1.4×10-6mm3/n*m的硬质耐磨涂层。本专利技术通过调整工作参数,以获得最佳的mos2含量,使硬质tan纳米晶体嵌入mos2非晶基体,大大减少了摩擦,并且适量的mo原子固溶进tan中,从而达到固溶强化作用。mos2含量过少达不到固溶强化作用,mos2含量过多则非晶基体过多会在摩擦时发生晶界滑移导致裂纹扩展。
12、本专利技术与现有技术相比,其显著优点在于:
13、(1)tan/mos2复合涂层具有高硬度、良好的韧性、低摩擦系数以及低磨损率等特性,是一种性能良好的环境障涂层,可在各种复杂环境下应用。
14、(2)本专利技术可以通过tan/mos2复合涂层的mo固溶度、晶粒大小、mos2含量的规律调节实现涂层结构的精细调整,从而实现机械性能和摩擦学性能的调整。
15、(3)本专利技术设计的tan/mos2涂层包含一层金属cr的中间层,cr与si有着较为匹配的晶格,提高涂层与基材的结合强度,使得硬质耐磨tan/mos2涂层与衬底结合强度更高,有效提高涂层的使用寿命。
16、(4)制备工序较简单,具有可靠的重复性,适合工业化、工程化的应用。
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1.一种硬质耐磨TaN/MoS2复合涂层的制备方法,其特征在于,以Ta靶和MoS2靶作为靶材,N2为反应气体,氩气为溅射气体,通过直流磁控溅射靶材,在基底上获得TaN/MoS2复合涂层。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,包括如下步骤:
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤(2)中溅射沉积Cr过渡层的具体为:
4.一种硬质耐磨TaN/MoS2复合涂层,其特征在于,采用权利要求1-3任一项所述的方法制备。
5.根据权利要求4所述的复合涂层,其特征在于,Cr过渡层的厚度为200-300nm,TaN/MoS2涂层的厚度为1.71μm-2.34μm。
【技术特征摘要】
1.一种硬质耐磨tan/mos2复合涂层的制备方法,其特征在于,以ta靶和mos2靶作为靶材,n2为反应气体,氩气为溅射气体,通过直流磁控溅射靶材,在基底上获得tan/mos2复合涂层。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,包括如下步骤:
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员:汪慧英,李建亮,卫宁馨,孔见,熊党生,谈华平,朱和国,黄洁雯,吴秋洁,
申请(专利权)人:南京理工大学,
类型:发明
国别省市:
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