[发明专利]一种高温抗氧化自润滑多层涂层及其制备方法

说明书

本发明公开一种高温抗氧化自润滑多层涂层及其制备方法。该涂层依次由在基体(1)上的打底层(2)和交替多层(3)组成，所述交替多层(3)是由AlCrSiN层(4)和MoAlSiN层(5)依次叠加构成。制备方法由基体清洗，离子溅射清洗，采用电弧离子镀沉积打底层和交替多层步骤组成。本发明制备的涂层具有硬度高、高温抗氧化性能好、摩擦系数低等特点，可以大幅度提高刀具、模具等在高温下的使用性能和使用寿命。本发明制备方法简单、工艺控制性好，绿色环保，成本低，易于实现工业化生产。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别设计一种高温抗氧化自润滑多层涂层及其制备方法，本发明可应用于多种金属工件表面抗氧化自润滑耐磨损处理。

背景技术

AlCrSiN（或CrAlSiN）涂层具有硬度高，耐磨性能好，高温抗氧化性能好等特点，目前已经大量应用在刀具、模具等工件表面。在切削过程中刀具会产生大量的摩擦热使局部温度迅速升高，AlCrSiN涂层虽然具有良好的抗氧化性能，然而AlCrSiN涂层摩擦系数高，摩擦系数可达到1.0以上，高的摩擦系数一方面使得磨损率增加；另一方面会加剧切削摩擦热的产生，这些因素将加速涂层失效。降低涂层的摩擦系数，尤其是在高温下的摩擦系数，可以降低摩擦热的产生，提高刀具的使用性能和使用寿命。MoO₃具有良好的润滑性能，在涂层中添加Mo时，由于使用过程中产生摩擦热而使Mo氧化形成MoO₃自润滑相，从而降低界面磨损，提高涂层使用寿命。S.A. Glatz等[S.A. Glatz, C.M. Koller, H. Bolvardi, S.Kolozsvári, H. Riedl, P.H. Mayrhofer. Influence of Mo on the structure andthe tribomechanical properties ofarc evaporated Ti-Al-N. Surface and CoatingsTechnology, 2017, 311: 330-336.]报道了在TiAlN涂层中添加Mo，研究发现添加Mo可以降低涂层的摩擦系数，降低磨损率，提高耐磨性能，但涂层耐高温性能不足。目前研究的MoAlSiN涂层虽然可以获得较好的自润滑性能，但涂层耐高温不足，一般在650℃以下使用。

发明内容

本发明的目的是针对以上问题和不足，提供一种高温抗氧化自润滑多层涂层材料，该涂层可以提供900℃甚至更高温度热稳定性和高温抗氧化性，同时具有低的摩擦系数和良好的耐磨性能。

本发明的另一个目的是提供一种所述高温抗氧化自润滑多层涂层的制备方法，该制备方法工艺简单，成本低、绿色环保，易于实现工业化生产。

本发明所述的高温抗氧化自润滑多层涂层由在基体1上的打底层2和交替多层3组成，所述的交替多层是由AlCrSiN层4和MoAlSiN层5依次叠加构成，其中AlCrSiN层4单层厚度为50~300nm，MoAlSiN层5单层厚度为30~200nm，多层涂层总厚度为1~10μm。

本发明所述的基体为硬质合金、高速钢、模具钢或轴承钢。

本发明所述的打底层为铬层、钛层、锆层或钨层。

本发明所述的高温抗氧化自润滑多层涂层的制备方法，依次由以下步骤组成：

（1）将基体进行除油除锈清洗，烘干后放入真空室内；

（2）将真空室抽至低于5×10^-3Pa，向真空室内通入氩气，气压为0.1~0.8Pa，偏压为200~800V，采用离子源对基体进行溅射清洗；

（3）沉积打底层：开启阴极电弧铬靶、钛靶、锆靶或钨靶，氩气压强0.3~0.8Pa，偏压50~200 V，厚度50~300nm；