[实用新型]涂层微纳米织构制备装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种表面工程的薄膜涂层，特别是涂层微纳米织构制备装置。

背景技术

薄膜涂层是表面工程独立于热处理、电镀、热喷涂等，成为独立技术领域的关键性标志。在传统摩擦学材料的基础上，表面减摩抗磨薄膜涂层为优化机械系统摩擦学性能、解决材料磨损提供了一条有效、也是极具生命力的方案和途径。

薄膜涂层的制备方法主要有物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、离子束辅助沉积及离子注入等；在组分上由单一组分向三组分或四组分发展，同时还寻求新的涂层材料。但是，为寻求更好的减摩抗磨效果，国内外又提出了材料表面织构新技术。大量的文献报道，在材料表面制备具有特定图案的织构对于减摩抗磨具有很好的作用。通过在常规材料表面制备特定尺寸、走向的图案化织构，然后在其上制备自组装膜、DLC薄膜、CNx膜、MoS₂膜或它们的复合膜，从而实现具有特定织构的复合涂层，起到减摩抗磨的效果，也是获得超低摩擦的有效手段之一。当织构的特征尺寸在微米、亚微米甚至纳米量级时，在其上进行薄膜涂层的制备会在很大程度上影响织构的形状、尺寸，甚至将微纳米织构全部覆盖，增加了微纳米织构设计和制造的难度。

发明内容

本实用新型的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种减摩抗磨效果好、能够协调微纳米织构制造和薄膜涂层沉积的涂层微纳米织构制备装置。

本实用新型的涂层微纳米织构制备装置，包括顺序连接的脉冲激光模块、光路传输模块和精密扫描模块，所述的脉冲激光模块包括顺序连接的计算机、控制器和脉冲激光器；所述的光路传输模块包括顺序连接的反射镜、扩束镜、反射镜组、聚焦镜组和透光玻璃；所述的精密扫描模块包括步进电机和反应室，反应室内设有放置样品的三维平台，三维平台穿出反应室与步进电机相连接，步进电机与计算机的输出端连接。

所述的脉冲激光器的脉宽为5fs~100ns、激光波长为197~400nm；所述的反射镜组由调节为四个光束的四个光学镜片组成；所述的聚焦镜组由分别对四路激光束进行聚焦的四个聚焦透镜组成。

有益效果，由于采用了上述方案，在样品表面制备了带有微纳米织构的薄膜涂层，光滑的薄膜涂层能够实现减摩抗磨，而带有微纳米织构的薄膜涂层将更进一步的提高其摩擦学特性；首先是薄膜涂层的梯度、成分可控。通过调节薄膜涂层沉积过程中的反应气体输入的比例、顺序，有效的制备梯度、成分可控的复合涂层，从而减少涂层内应力，提高涂层的强度和抗塑性变形性能。

其次是织构尺寸可控。通过调节多光束脉冲激光的夹角、能量密度、三维平台的扫描速度、真空度、背景气体条件，在材料表面制备具有不同深度、不同线宽的阵列微纳米结构，尺寸范围横向0.02~100μm、纵向从零至薄膜厚度，使织构尺寸从微米量级至纳米量级柔性可控，真正实现了高硬度、高耐磨薄膜涂层表面微纳米织构的制备，提高了薄膜涂层的减摩抗磨性能。

再次是织构的类型多样。通过改变多光束的数量、多光束夹角和三维平台的运动轨迹，获得多种类型的微纳米织构；不同织构类型对减摩抗磨性能的影响不同，不同织构的周期对其影响也不同。因此制备多类型、不同周期的微纳米织构可以获得摩擦学性能各异的薄膜涂层微纳米织构表面。

最后是协同作用。材料表面薄膜涂层和微纳米织构相耦合，从而形成具有特定微纳米织构的薄膜涂层。使薄膜涂层的优异性能和微纳米织构表面的优异性能相叠加和协同作用，更进一步的提高材料表面的减摩抗磨性能。同时，因为多光束脉冲激光微纳米织构处理系统可以制备纳米量级的织构，因此克服了先制备织构后制备图层时对纳米织构尺寸的影响。另外，在干摩擦条件下，微纳米织构能储存摩擦磨损过程中产生的磨屑或微颗粒，从而降低摩擦并减小磨损。而在润滑介质条件下，滑动表面上分布的微结构能形成动压润滑膜，具有良好的减摩抗磨效应。

优点：本实用新型构思新颖，加工方便、效率高，采用一个激光光源同时实现材料表面的薄膜涂层沉积微纳米织构制备，工艺简单、易于控制，无需对制备的样品进行复杂的后处理工艺；应用范围广、紫外脉冲激光具有光子能量大、波长短的特点，可以对任何材料进行精密的微纳米织构处理，同时可以诱导多种气体的化学反应，高效的进行薄膜涂层沉积。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的结构示意图。