[发明专利]一种织构化Ta/Ag宽温区自润滑涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种织构化Ta/Ag宽温区自润滑涂层的制备方法，包括以下步骤：1)、基材的预处理；2)、溅射沉积Ta过渡层；3)、表面织构化处理：4)、溅射沉积Ag润滑相，得到织构化Ta/Ag宽温区自润滑涂层。本发明的织构化Ta/Ag宽温区自润滑涂层的制备方法的激光织构化处理过程中，Ta涂层的热影响区小，化学性质稳定，孔边缘粗糙度低，低的粗糙度有助于润滑膜的铺展与润滑寿命的延长。Ta作为过渡层改善了基体与Ag润滑膜之间的结合能力，可起到优异的承载效果；织构微孔可在摩擦过程中存储银磨屑颗粒，延长表面润滑膜寿命；微孔的深度远大于Ta过渡层的厚度，这种贯穿过渡层的孔，可有效消除孔加工中的应力。

技术领域

本发明属于固体润滑薄膜制备技术领域，涉及一种织构化Ta/Ag宽温区自润滑涂层及其制备方法。

背景技术

银是一种典型的固体润滑材料，通过膜内的低剪切提供润滑，用于关键零部件表面摩擦学改性。在真空、高温、高载荷等苛刻摩擦条件下，银作为固体润滑涂层在高温具有较高的磨损率；此外，银膜与钢基体表面间的结合性能欠佳，并在摩擦过程中钢基体易被氧化生成硬质氧化铁磨粒，引起的银润滑膜的损伤。

近年来，涂层表面织构化技术用于改善接触界面的摩擦学性能，织构阵列可作为润滑材料的储池，还可起到捕捉磨屑作用。先前有在织构化活塞环外表面进行化学镀银的报道，但直接织构化处理后的表面质量较差，微织构周围存在向上凸起的热影响区，较大的表面粗糙度不利于后续润滑膜的沉积与粘附。涂层表面织构化会由于激光产生热应力导致涂层裂纹、剥落，对亚稳定的涂层还会产生相变等影响。考虑上述两方面因素，需要在钢基体与Ag涂层之间沉积合适的过渡层。

有相关研究报道将Cr、Ni作为Ag涂层与钢基体间的过渡层，发现相对于无过渡层织构化钢上的Ag涂层，织构化Cr或Ni过渡层上Ag涂层的摩擦系数更低且更稳定，其磨损率降低一个数量级。钽具有高熔点，优异的延展性与耐腐蚀性，在电子、生物医学、枪管防护等众多领域有着广泛的应用。钽中间层一定程度上改善Ag薄膜与钢基体的结合性能，防止钢表面氧化物磨粒的形成；在Ta硬质层上进行织构加工，由于钽的耐高温特性，其表面热影响区的范围较小，表面粗糙度低。

因此，针对上述问题提出一种织构化Ta/Ag宽温区自润滑涂层及其制备方法。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供织构化Ta/Ag宽温区自润滑涂层及其制备方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种织构化Ta/Ag宽温区自润滑涂层的制备方法，包括以下步骤：

1）、基材的预处理：利用砂纸打磨去除表面锈层和氧化层，抛光成镜面，清洗并烘干，得到预处理的基材；

2）、溅射沉积Ta过渡层：采用第一直流磁控溅射方法，在步骤1）得到的预处理的基材表面溅射一层Ta作为过渡层；

3）、表面织构化处理：用Nd:YAG脉冲激光器对步骤2中的Ta过渡层刻蚀微孔，得到织构化的Ta过渡层；

4）、溅射沉积Ag润滑相：采用第二直流磁控溅射方法，在步骤3）得到的织构化的Ta过渡层表面溅射Ag作为润滑剂，得到织构化Ta/Ag宽温区自润滑涂层。

更进一步的，步骤1）中所述基材为45钢。

更进一步的，步骤2）中第一直流磁控溅射方法采用以下工艺参数：背底真空度低于5.5*10^-3Pa，靶基距为60mm，工作气压为0.1-0.4Pa，氩气流量为40-60sccm，溅射功率为40-70W，溅射时间为1-2h。

更进一步的，步骤2）中Ta过渡层的厚度为500nm-2μm。