[发明专利]多层涂层

说明书

本发明涉及形成涂层的方法和所述涂层本身。现有涂层的问题在于虽然可以将它们形成以具有特定的性能，但是这可能不利于该涂层的其它性质，因此这将该涂层的用途限制在特定用途。

从美国专利4554201、4895770、4904542和5656364已知在基材上制备多层耐磨涂层，其中所述多层体系耐受与金属切割相关的磨损(US 4554201和US 4895770)、耐受滑动磨损或侵蚀(US 4904542、US 5656364)。

从美国专利(US 5656364)和欧洲专利(EP0366289A、EP0289173A)已知使用金属材料和金属材料的氮化物、碳化物或氧化物材料的交替涂层在基材表面上制备多层耐磨涂层。特别在专利EP02089173A中，所述多层由钛和氮化钛构成。在专利US 4904542中，所述多层由钛、锆、铪或钽与所选材料的氮化物构成。在专利US 5656364中，所述多层由二硼化钛和具有高弹性模量的金属材料，如基于钨的合金构成。专利US 5656364排除使用低弹性模量材料如铝和钛用于其中所公开的耐侵蚀多层涂层体系中。

本发明的目的是提供弹性涂层，其特征在于所述涂层的变形基本恢复，并得到相对耐磨的性质。

本发明的第一方面提供了用于基材表面的耐磨涂层，所述涂层具有至少一个金属材料层和至少一个陶瓷材料层，并且其具有充分的弹性以耐冲击、侵蚀和/或循环负载磨损过程。

在一个实施方案中，所述涂层由多个金属材料层和陶瓷材料层构成。在一个实施方案中，所述涂层由至少四个层组成。通常所述陶瓷层与所述金属材料层交替。

在一个实施方案中，至少一个所述金属层由“形状记忆合金”形成，所述“形状记忆合金”通常提供所需的弹性性能。

在一个实施方案中，所述陶瓷层是第4、5或6族金属和/或铝或硅的硼化物、碳化物、氮化物或氧化物中的任意一种或任意组合。根据本发明的一个形式，提供了具有合金层和至少一个由硼化物、碳化物、氮化物或氧化物形成的陶瓷层的涂层。

通常，所述金属层包含NiTi合金和/或选自镍、钛、铬、铝、铂、铪、锆、钴、铜和/或钇元素以提供形状记忆合金性质，并且优选提供超弹性性能。

在一个实施方案中，在一定温度下沉积多层涂层以辅助所述“形状记忆合金”层的重结晶。

通常使用的陶瓷是所述“形状记忆合金”材料中包含的合金元素之一的硼化物、碳化物、氮化物或氧化物，以确保在各层之间良好的化学粘接。

在一个实施方案中，沉积界面陶瓷层。在一个实施方案中，所述界面层是所述“形状记忆合金”材料中包含的合金元素之一的硼化物、碳化物、氮化物或氧化物。

通常，所述陶瓷层的厚度在0.1-5.0μm的范围内，优选0.3-3.0μm。

在一个实施方案中，所述陶瓷层厚度小于如下定义的陶瓷脆性断裂的临界厚度：

hc=EγS2f.σ2]]>

其中E是陶瓷的弹性模量，γ_S是陶瓷的断裂表面能，σ是因冲击负载而在陶瓷层中产生的最大拉伸应力，以及f是与接触几何形状相关的几何因子，通常对于模量为300GPa的1μm厚度陶瓷层为16。

在一个实施方案中，所述陶瓷层本身是多个层，并且各层可以具有不同的具有不同的陶瓷组成，从而所述陶瓷层显示出超晶格结构，这改善了硬度和耐断裂性。

在本发明的另一个实施方案中，提供了在基材上形成弹性涂层的方法，所述方法包括涂覆多个陶瓷材料层和多个金属材料层的步骤，并且其中在形成所述涂层时，所述陶瓷材料层与金属材料层交替。

在一个实施方案中，至少一个所述金属层由形状记忆合金形成。

在一个实施方案中，使用溅射方法提供所述陶瓷层，并且优选使用闭合场非平衡磁控溅射离子镀(CFUBMSIP)以改善所述陶瓷层的粘合性和结构/性质。

在一个实施方案中，使用溅射方法以涂覆所述金属层，并且优选使用闭合场非平衡磁控溅射离子镀(CFUBMSIP)以改善所述金属层的结构/性质。