[发明专利]一种纳米晶NdGaN硬质涂层及其制备方法

说明书

本发明属于表面工程制造技术领域，涉及一种纳米晶NdGaN硬质涂层及其制备方法。本发明提供的NdGaN涂层是一种纳米晶结构的超硬涂层，涂层基体的主要成分为NdN，添加相为Ga；本发明的纳米晶NdGaN硬质涂层是通过原子层沉积的方法制备。本发明提供的纳米晶NdGaN硬质涂层具有结构致密、高硬度、表面自润滑的突出特点。本发明提供的纳米晶NdGaN硬质涂层可广泛应用于工程装备的摩擦接触领域，能够有效提高接触部件的抗磨损能力和工程装备的整体可靠性。

技术领域

本发明涉及一种纳米晶NdGaN硬质涂层及其制备方法，属于表面工程制造技术领域。

背景技术

工程领域中多种形式的摩擦副在发挥着重要作用，摩擦副表面的磨损失效已成为威胁工程装备可靠性的重要因素。目前，解决工程表面耐磨的方式主要包括两个方面，一方面开发硬质耐磨涂层，例如氮化钛涂层、陶瓷基涂层等硬质涂层；另一方面研究应用自润滑材料，如金属化合物类润滑材料、无机物类固体润滑材料、有机物类固体润滑材料等。这些解决工程表面耐磨的方式均在一定程度上呈现了良好的效果，但同时还存在一些问题，主要包括：某些硬质涂层与基体界面的结合强度不够，容易脱落；多数自润滑材料的抗压承载能力不足，且容易消耗。因此，开发高结合强度的新型硬质耐磨涂层，提高装备表面耐磨性能和装备整体可靠性，对促进制造业及再制造领域的深刻变革具有重要意义。

发明内容

技术问题：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纳米晶NdGaN硬质涂层及其制备方法，进一步提高装备表面耐磨性能和装备整体可靠性。

技术方案：

本发明的一种纳米晶NdGaN硬质涂层，涂层基体的主要成分为NdN，添加相为Ga，NdN以纳米晶体结构存在，且NdN晶体的平均粒径为5nm左右，涂层整体厚度为0.6～1.0μm，添加相Ga元素沿涂层外表面能够生成致密的GaO润滑薄膜。本发明的一种纳米晶NdGaN硬质涂层的制备方法为：采用原子层沉积的方法，通过铷源、镓源和氮源的自限制化学反应在工程表面逐层沉积NdGaN涂层。

有益效果：

相比现有的硬质涂层，本发明兼顾了硬度以及其与基体的结合强度，一方面，本发明的纳米晶NdGaN硬质涂层结构致密，比氮化钛等现有涂层的硬度更高，耐磨性更好；另一方面，本发明的纳米晶NdGaN硬质涂层是通过原子层沉积的方法逐层沉积获得，涂层的底层界面元素与工程表面的元素发生弱化学反应，涂层与工程界面基体的结合牢靠。相比现有的润滑材料，本发明的添加相Ga元素均匀分布在硬质涂层的内部且在外表面形成致密的氧化物润滑膜，润滑性能能够发挥持久且润滑承载能力强。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

实施例：

一种纳米晶NdGaN硬质涂层，该涂层涂覆在不锈钢材料表面，涂层基体的主要成分为NdN，添加相为Ga，NdN晶体的平均粒径为5nm左右，涂层整体厚度为0.8μm。本涂层的具体制备方法为：将不锈钢部件放入无水乙醇中浸泡2小时，超声清洗干净，然后进行真空干燥处理；通过原子层沉积的自限制化学反应在不锈钢表面沉积生成纳米晶NdGaN硬质涂层，沉积温度420℃，沉积循环次数4000次，可形成涂层厚度大致为0.8μm的纳米晶NdGaN硬质涂层。