[发明专利]高温低摩擦硬质纳米多层VAlCN/VN-Ag涂层、其制备方法及应用有效
申请号: | 201910549021.1 | 申请日: | 2019-06-24 |
公开(公告)号: | CN112126900B | 公开(公告)日: | 2023-06-23 |
发明(设计)人: | 蒲吉斌;蔡群;王立平;蔡召兵;薛群基 | 申请(专利权)人: | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所 |
主分类号: | C23C14/32 | 分类号: | C23C14/32;C23C14/06;C23C14/02;C23C14/16 |
代理公司: | 南京利丰知识产权代理事务所(特殊普通合伙) 32256 | 代理人: | 王茹 |
地址: | 315201 浙江*** | 国省代码: | 浙江;33 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 高温 摩擦 硬质 纳米 多层 valcn vn ag 涂层 制备 方法 应用 | ||
本发明公开了一种高温低摩擦硬质纳米多层VAlCN/VN‑Ag涂层、其制备方法及应用。所述涂层主要由多个VAlCN屏障层与多个VN‑Ag复合层交替叠加形成。所述涂层的制备方法包括:采用多弧离子镀技术在经过活化处理后的基体表面交替沉积VAlCN屏障层和VN‑Ag复合层,其中VN‑Ag复合层能够保证涂层的中高温低摩擦性能,VAlCN屏障层在保证涂层高硬度的同时,还能作为扩散阻挡层抑制VN‑Ag层内Ag的快速流失及氧化。本发明涂层在25℃到600℃范围内具有优异的摩擦学性能,其中VAlCN屏障层和纳米多层结构的设计保证涂层在经历多层高温摩擦后仍具有低的摩擦性能。本发明涂层可用于航空、航天、能源、汽车、冶金、化工、材料加工等领域的高温运转部件,起到高温表面减摩防护作用。
技术领域
本发明涉及一种低摩擦硬质涂层,特别涉及一种高温低摩擦硬质纳米多层VAlCN/VN-Ag涂层及其制备方法与应用,属于表面工程防护领域。
背景技术
在航空、航天等高新技术产业以及能源、汽车、冶金、化工、材料加工等传统工业领域中,高温环境下工作的机械设备及其零部件的磨损失效问题愈来愈突出。例如,燃气轮机的推力轴承,温度过高将使轴瓦磨损得更快,从而造成二次损伤,对关键摩擦组件进行防护,是提高机械设备及其部件的使用寿命、稳定性和可靠性的行之有效的方法。目前,具有高温自润滑材料是解决高温摩擦磨损问题的首要选择,如NASA以银/共晶氟化物作为复配润滑的等离子喷涂Ni-Cr基PS系列涂层具有800℃的润滑性能(例如US8753417B、US5866518B),但这类金属基涂层致密性、均匀性及粗糙度较差,且耐磨性不足。
近年来,众多研究人员开展了物理气相沉积(PVD)制备银复合陶瓷基高温低摩擦防护涂层的研制工作,包括能够工作至700℃的CrN/Ag、MoN/Ag涂层,这类银复合二元氮化物陶瓷涂层具有较高的硬度,能够通过高温下形成的氧化物润滑相和双金属氧化物AgMexOy实现良好摩擦学性能,但这类银复合二元氮化物涂层在经历一个温度循环后由于银的过度扩散耗损而会失去有效减摩作用,且存在高温抗磨和抗氧化性不足的问题。
发明内容
本发明的主要目的之一在于提供一种高温低摩擦硬质纳米多层VAlCN/VN-Ag涂层,可以有效克服现有技术中的不足。
本发明的另一目的还在于提供一种制备所述高温低摩擦硬质纳米多层VAlCN/VN-Ag涂层的方法。
本发明的又一目的还在于提供所述高温低摩擦硬质纳米多层VAlCN/VN-Ag涂层的用途。为实现上述发明目的,本发明提供了如下技术方案:
本发明实施例提供了一种高温低摩擦硬质纳米多层VAlCN/VN-Ag涂层,其主要由多个VAlCN屏障层与多个VN-Ag复合层交替叠加形成。
进一步的,所述VAlCN屏障层的厚度优选为0.08μm~1μm。
进一步的,所述VN-Ag润滑相复合层的厚度优选为0.1μm~1μm。
进一步的,所述VAlCN屏障层与VN-Ag复合层的交替次数优选为5~30次。
进一步的,所述涂层与镍基合金等高温合金基体的结合性良好,且具有结构致密、厚度可控和硬质减摩耐磨等优势。
进一步的,所述涂层的硬度大于10GPa,尤其是大于25GPa,与镍基合金等高温合金基体的结合强度大于30N。
进一步的,所述涂层的室温摩擦系数约为0.5,600℃摩擦系数则可低至0.24。
进一步的,所述涂层的厚度可以优选为3~20μm,以满足不同工况的需求,且此时所述涂层的硬度可高达27GPa,因此还能发挥足够的耐磨作用。
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