一種具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層制造技術

本實用新型專利技術公開了一種具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層,包括納米多層涂層，所述納米多層涂層由多個CrAlN納米層和WS2?納米層構成,各CrAlN納米層和WS2?納米層通過多弧離子鍍的方式交替濺射沉積在基體上形成納米量級多層結構，所述納米多層涂層的總厚度為2.0-4.5μm；每一所述CrAlN?納米層的厚度為5.0nm；每一所述WS2納米層的厚度為0.2～1.4nm。本實用新型專利技術有益效果：該具有高硬度和低摩擦系數的?CrAlN/WS2涂層可作為保護涂層，用于高溫環境且要求高硬度、又具有高耐摩擦性能的服役場合。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本技術涉及一種新型硬質保護涂層，特別涉及一種具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層，主要應用于高溫真空且要求高硬度、又具有高耐摩擦性能的服役場合。
技術介紹
不同的工況環境對設備要求也不同，高溫真空環境對材性能提出了很高的要求，尤其是傳動部件不僅要求其具有較高的硬度、耐腐蝕性能，更要求其具有較高的耐摩擦磨損性能和耐高溫性能，以滿足越來越高的工作需要。在材料表面涂覆一層保護性硬質涂層是提高材料表面性能的一種經濟實用的有效途徑，保護性涂層作為機械功能膜的一個重要分支，在機械行業中深應用很廣。硬質涂層能改善材料的表面性能，減少與工件的摩擦和磨損，有效的提高材料表面硬度、韌性、耐磨性和高溫穩定性，大幅度提高涂層產品的使用壽命。它的發展適應了現代制造業復雜工況的高技術要求，引起了材料和性能的巨變，可被廣泛應用于機械制造、汽車工業、紡織工業、地質鉆探、模具工業、航空航天等領域。多年來，三元氮化物由于具有高的硬度、耐磨性、耐高溫、耐蝕性、較高的抗氧化性能等優點被廣泛應用于保護性硬質涂層材料，如TiAIN、CrAlN, ZrAlN和TiSiN等，已經在提高零件的使用性能和壽命上取得了較好的效果。然而，隨著目前材料服役環境的愈發惡劣，對涂層材料的硬度、耐高溫、耐摩擦磨損性能等性能提出了更高的要求。傳統的單層涂層已逐漸不能滿足惡劣服役條件的要求，因此迫切需要開發新型的保護性涂層材料。隨著納米科學與技術的發展，納米多層涂層成為硬質涂層材料的重要發展方向。所謂多層涂層是由兩種或兩種以上成分或結構不同的材料在垂直于涂層表面方向上相互交替生長而形成的二維多層材料，對于兩種不同結構或組成的多層涂層，每相鄰兩層形成一個基本單元，其厚度稱為調制周期，通常將調制周期小于10nm的多層涂層成為納米多層涂層，研宄表明，當調制周期為特定的厚度時，納米多層涂層將呈現硬度異常升高的“超硬效應”，使納米多層涂層具有高的力學性能。另外，作為一種二維復合材料，納米多層涂層可以充分利用每種材料的優點，使其的綜合性能得到提升。因此，納米多層涂層是新型保護型硬質涂層的重要發展方向。
技術實現思路
為了克服現有技術的不足，提供一種具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層，該CrAlN/WS2涂層，即采用三元氮化物和硫化物的組合，由CrAlN層和WS2層交替沉積在基體上形成的具有高硬度和高耐摩擦性能的納米量級的多層結構。為了實現上述目的，本技術是通過如下的技術方案來實現:一種具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層，包括納米多層涂層，所述納米多層涂層由多個CrAlN納米層和WS2納米層構成，各CrAlN納米層和WS2納米層通過多弧離子鍍的方式交替濺射沉積在基體上形成納米量級多層結構，所述基體為金屬、硬質合金或陶瓷。進一步的，所述納米多層涂層的總厚度為2.0-4.5 μπι。進一步的，每一所述CrAlN納米層的厚度為5.0nm，每一所述WS2納米層的厚度為0.2 ?L 4nm0進一步的，當每一所述WS2納米層厚度小1.0nm時，將會在CrAlN納米層的模板作用下強制轉化為面心立方結構。本技術的有益技術效果:所述的一種具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層，由于采用耐溫及硬度較高的CrAlN納米層和摩擦系數較低的WS2納米層交替磁控濺射制備的多層涂層，利用納米多層涂層的共格外延生長結構抑制位錯運動，使最終所得的CrAlN/WS2多層涂層的硬度得到提升，其最大硬度達39.2 GPa ；由于WS2納米層的加入使該CrAlN/WS2多層涂層具有較低的摩擦系數，其與GCrl5鋼球的摩擦系數低于0.30，從而表現出優異的耐摩擦性能。因此，該具有耐高溫、高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層可作為保護涂層，用于高溫環境且要求高硬度、又具有高耐摩擦性能的服役場合【附圖說明】附圖用來提供對本技術的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本技術的實施例一起用于解釋本技術，并不構成對本技術的限制。在附圖中:圖1是本技術的結構示意圖；圖中標號:1、WS2納米層；2、CrAlN納米層；3、基體。【具體實施方式】為使本技術實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合【具體實施方式】，進一步闡述本技術。如圖1所示:一種具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層，包括納米多層涂層，所述納米多層涂層由多個CrAlN納米層2和WS2納米層I構成，各CrAlN納米層2和WS2納米層I通過多弧離子鍍的方式交替濺射沉積在基體3上形成納米量級多層結構，所述基體3為金屬、硬質合金或陶瓷。所述納米多層涂層的總厚度為2.0-4.5 μπι;每一所述CrAlN納米層2的厚度為5.0nm,每一所述WS2納米層I的厚度為0.2?1.4nm ；當每一所述WS2納米層I厚度小1.0nm時，將會在CrAlN納米層2的模板作用下強制轉化為面心立方結構。實例1:所述的氬、氮混合氣氛，總氣壓為0.4Pa ；Ar氣流量為32sccm，N 2氣流量為32sccm ；CrAlN納米層2濺射功率120W，時間1s ；WS2納米層I濺射功率80W，時間2s ;靶基距50-100cm ;基體3溫度為300°C。上述所得具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層經檢測，CrAlN納米層2厚度為5nm，WS2納米層I厚度為0.2nm，具有耐高溫、高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2多層涂層總厚度為2.5 μ m，硬度為36.8GPa，在與GCrl5鋼球進行摩擦中的摩擦系數為0.27。實施例2:所述的氬、氮混合氣氛，總氣壓為0.2Pa ；Ar氣流量為20sccm，N 2氣流量為20sccm ；CrAlN納米層2濺射功率120W，時間1s ；WS2納米層I濺射功率80W，時間4s ;靶基距50-100cm ;基體3溫度為300 °C。上述所得具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層經檢測，CrAlN納米層2厚度為5nm，WS2納米層I厚度為0.6nm，具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層總厚度為2.9 μπι，硬度為37.lGPa，在與GCrl5鋼球進行摩擦中的摩擦系數為0.24。實施例3:所述的氬、氮混合氣氛，總氣壓為0.5Pa ；Ar氣流量為36sccm，N 2氣流量為36sccm ；CrAlN納米層2濺射功率120W，時間1s ;WS2納米層I濺射功率80W，時間6s ;靶基距50-100cm ;基體3溫度為300°C。上述所得具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層經檢測，CrAlN納米層2厚度為5.0nm, WS2納米層I厚度為1.0nm，具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層總厚度為3.4ym，硬度為39.2GPa，在與GCrl5鋼球進行摩擦中的摩擦系數為0.28。實施例4:所述的CrAl合金靶中，Cr和Al按原子比為1: 1，WS2靶為S+ WS2燒結而成比例為1:1.5 ；CrAl合金靶和WS2靶的直徑均為10mm ;所述的氬、氮混合氣氛，總氣壓為0.6Pa ；Ar氣流量為50sccm，N 2氣流量為50sccm ；CrAlN納米層2濺射功率120W,時間1s ；WS2納米層I濺射功率本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種具有高硬度和低摩擦系數的CrAlN/WS2涂層,包括納米多層涂層，其特征在于：所述納米多層涂層由多個CrAlN納米層和WS2?納米層構成，各?CrAlN納米層和WS2?納米層通過多弧離子鍍的方式交替濺射沉積在基體上形成納米量級多層結構，所述基體為金屬、硬質合金或陶瓷。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉野，王洪權，
申請(專利權)人：大連維鈦克科技股份有限公司，
類型：新型
國別省市：遼寧;21