[发明专利]一种CrAlBCN涂层、低摩擦耐海水腐蚀纳米复合CrAlBCN涂层及其制备方法

说明书

本发明涉及一种CrAlBCN涂层、低摩擦耐海水腐蚀纳米复合CrAlBCN涂层及其制备方法。所述CrAlBCN涂层具有nc‑(Al,Cr)N/a‑BN‑a‑C结构。本发明提供的CrAlBCN涂层具有高硬度及结合力，海水环境中低摩擦系数，优越的耐海水腐蚀性能；在海水中与SiC球对磨时，基于摩擦化学反应生成的水合氧化层和石墨碳的润滑作用，其摩擦系数较低于0.3，结合力大于60 N，硬度大于20 GPa，在深海探测设备，海洋资源开采设备，海洋运输设备等海洋环境表面防护领域具有重大的应用前景。

技术领域

本发明属于薄膜材料领域，具体涉及一种CrAlBCN涂层、低摩擦耐海水腐蚀纳米复合CrAlBCN涂层及其制备方法。

背景技术

我国海洋开发不断向深度和广度扩展，海洋科技的发展成为强国的战略目标。但是，海洋资源开发的关键是先进的技术和精良的装备。如深海探测设备，海洋资源开采设备，海洋运输设备等以及相关技术成为海洋开发的关键。然而苛刻的海洋环境对海洋装备的摩擦磨损、润滑密封和腐蚀提出了更高的要求。在海洋装备的关键部位沉积具有良好摩擦性能和抗腐蚀性的硬质薄膜，将有效的提高装备的使用周期。在摩擦磨损过程中，润滑油的使用在提高摩擦性能和延长零部件寿命起到关键性作用。然而，作为石油的分馏物，大量润滑油的使用导致石油的过度开采，对节约能源和保护环境提出了巨大挑战。而使用石油产品对环境的污染也日趋严重，其中对水资源的污染主要来自润滑油的泄漏。相对于不可再生能源石油来说，水资源相对丰富，且具有无污染和价格低廉等优点，而且水作为工作介质被广泛应用到工业领域。近年来，关于水润滑的研究引起了学者们的极大兴趣。但是，水作为润滑介质存在着不利因素即强腐蚀性及粘度低。所以，针对水润滑的研究出现了两大方向，一种是向水中添加无污染润滑组元，如添加水溶性的聚乙二醇磷酸酯，形成水基润滑剂。另一种是研制适用水润滑的材料，提高水润滑的效果。陶瓷材料摩擦磨损性能较好，但是由于陶瓷材料的硬度高和抗断裂韧性差，所以加工难度大且成本高。相比之下，硬质薄膜因为具有优良的综合性能在材料科学中备受关注，在不锈钢基材上沉积纳米复合薄膜作为水润滑材料，这样既容易加工成型又具有薄膜的性能，已经被应用在机械制造、汽车工业和模具工业等领域21 世纪是全球大规模开发利用海洋资源、发展海洋经济的新时代。

金刚石、Diamond-like carbon、a-CN和Graphite-like carbon薄膜与陶瓷材料和钢球在水环境下对磨时，能获得较低的摩擦系数和磨损率，因而成为潜在的水润滑材料；但是碳基薄膜最大的缺陷是膜基结合力较差和内应力较大，从而限制了其广泛应用。相比之下，过渡金属氮化物 (CrN) 由于其具有高强度和较好的抗氧化和抗腐蚀性，作为水润滑材料将具有较大的潜力。研究表明通过元素掺杂(C、Al或者B)可以进一步提高氮化铬基薄膜的力学和摩擦学性能。碳元素掺杂 CrN 基薄膜后，由于形成的非晶碳在摩擦界面可以起到润滑作用，从而获得较低的摩擦系数；而B元素掺杂后，形成的 BC或者CBN具有极高的硬度、耐摩擦性及热稳定性。

因此，多元掺杂的纳米复合涂层在海洋耐腐蚀领域具有很好的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中碳基薄膜的膜基结合力较差和内应力较大的缺陷和不足，提供一种CrAlBCN涂层。本发明提供的CrAlBCN涂层具有高硬度及结合力，海水环境中低摩擦系数，优越的耐海水腐蚀性能，在深海探测设备，海洋资源开采设备，海洋运输设备等海洋环境表面防护领域具有重大的应用前景。

本发明的另一目的在于提供一种低摩擦耐海水腐蚀纳米复合CrAlBCN涂层。

本发明的另一目的在于提供上述低摩擦耐海水腐蚀纳米复合CrAlBCN涂层的制备方法。

本发明的另一目的在于提供上述低摩擦耐海水腐蚀纳米复合CrAlBCN涂层在海洋环境表面防护中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种CrAlBCN涂层，所述CrAlBCN涂层具有nc-(Al, Cr)N/a-BN-a-C结构。