[发明专利]硬且低摩擦的氮化物涂层

说明书

技术领域

一个或多个实施例涉及氮化物涂层和用于形成具有高硬度、光滑表面、低摩擦和低磨损性能的氮化物涂层的方法。

发明背景

复杂的机器，例如内燃发动机，包括特征为高温和高压的内部工作环境。经常将在这样的环境中工作的元件进行涂覆以提供具有低摩擦性能的硬表面。将液态烃（例如燃料、石油和润滑剂）在工作时在这样的环境内流通。这样的液态烃经常包括添加剂以优化该机器的性能并且保护这些有涂层的元件。这些添加剂增加了这些液态烃的成本，并且可能导致不希望的排放和废物处理问题。

有多种已知的用于涂覆产品的方法，这些产品用于在这样的工作环境中使用。物理气相沉积（PVD）是这样的涂覆方法的一个实例。PVD是一个一般术语，该术语用于描述通过将汽化形式的材料冷凝到基底上以沉积薄膜或涂层的多种方法中的任一种。有几种不同类型的PVD方法，包括：溅射、阴极电弧沉积、脉冲激光沉积、蒸发淀积、电子束物理气相沉积和磁控溅射。当希望一次沉积两种或更多种材料的合金时，经常使用溅射。可以使用磁控溅射来控制沉积区域并且获得高的沉积速率。

授予Erdemir等人的美国专利序列号7,211,323披露了硬的、低摩擦的氮化物涂层的多个实例，这些氮化物涂层使用PVD技术例如阴极电弧放电、离子镀、磁控溅射和激光消融形成。

发明概述

在至少一个实施例中，提供了一种在有待暴露于烃的基底上形成涂层的方法。在一个室中提供一种基底。通过物理气相沉积（PVD）在该基底上沉积一种薄膜，其中该薄膜包括一个本体层和一个外部终止层。缓和（mitigated）该终止层的沉积。然后将该终止层从该薄膜除去，留下布置在该基底上的剩余的本体层。并且，当该基底在一种具有耐磨添加剂、摩擦改良剂和天然存在的化合物中至少一种的环境中暴露于烃时，在该本体层的一个外表面上形成一种耐用摩擦层以创建一种具有低摩擦和抗磨性能的涂层。

在另一个实施例中，提供了一种硬的、耐磨的本体涂层。将该本体涂层沉积在一种基底上，并且该本体涂层包括一种硬的、具有5nm至100nm粒径的氮化钼，带有围绕这些氮化钼晶粒分布的铜。其中，该本体涂层具有至少2,000维氏硬度（HV），并且适应于在一种周围环境中清除、集中和化学键合来自该环境的添加剂、改良剂和自然存在的化合物中至少一种，以在该本体涂层和一个配合端面（counterface）之间形成一种连续地补充的摩擦层。

在又一个实施例中，给一种物品提供一个本体，该本体具有一个基底表面。将一种本体涂层沉积在该基底表面上。该本体涂层由约50wt.%至99.7wt.%的氮化钼和0.1wt.%至50wt.%的铜组成。该本体涂层具有至少2,000维式硬度（HV）。一种摩擦层在该本体涂层和一个邻近的配合端面之间形成。该摩擦层通过在一种周围环境中该本体涂层与添加剂、改良剂和自然存在的化合物中至少一种之间的化学键合形成，其中该摩擦层被适配为用于连续补充。

附图简要说明

图1是一种根据本发明的至少一个实施例所述的系统的示意图，该系统用于在基底上形成氮化物涂层；

图2是通过图1的系统形成的产品的放大的截面图，所图示为在除去薄膜的顶层之前；

图3是通过图1的系统形成的产品的放大的截面图，所图示为在除去该薄膜的顶层的一部分之后；

图4是通过图1的系统形成的产品的放大的截面图，所图示为在除去该薄膜的顶层之后；

图5是通过图1的系统形成的该薄膜的顶层的放大图；

图6是图5的该顶层的相对组成曲线图；

图7是通过图1的系统形成的该薄膜的中间层的放大图；

图8是图7的该中间层的相对组成曲线图；

图9是通过图1的系统形成的该薄膜的顶层的另一个放大图；

图10是通过图1的系统形成的该薄膜的顶层的又一个放大图；并且

图11是通过图1的系统形成的该产品的截面图，并且在一种工作环境中对该产品进行图示。

详细说明

根据所要求的，在此将披露本发明的详细的实施例；然而，要了解的是，这些披露的实施例仅是本发明的示例，可以将它们以不同的并且是可替代的形式实施。这些图不是必须按比例的；为了显示具体元件的细节，一些特征可能被夸大或缩小。因此，在此披露的具体结构的和功能的细节不应解释为限制，而是仅作为一种代表基准用于传授给本领域普通技术人员以多样化地使用本发明。