[发明专利]一种基于摩擦诱导催化形成自润滑非晶碳膜的涂层材料及其制备方法

说明书

本发明属于表面处理的技术领域，公开了一种基于摩擦诱导催化形成自润滑非晶碳膜的涂层材料及其制备方法。所述涂层材料由依次叠加的MoN层以及Pt层所构成；MoN层设置在基体上。本发明还公开了涂层材料的制备方法。本发明的涂层材料具有高硬度且表面具有催化活性；而且还能摩擦诱导催化润滑油降解，并在摩擦界面处原位形成自润滑非晶碳膜，极大地减小摩擦副的摩擦磨损。本发明的方法简单，有利于工业中大规模批量生产。

技术领域

本发明属于表面处理技术领域，具体涉及一种基于摩擦诱导催化形成自润滑非晶碳膜的涂层材料及其制备方法。

背景技术

摩擦磨损在机械零部件使用过程中是不可避免的，由此造成了巨大的化石能源消耗，给环境带来危害；同时，由摩擦磨损造成的机械零部件失效，也让人们的生活安全受到威胁。因此，如何减少机械零部件表面的摩擦磨损一直都是工业生产以及科研人员关注的话题。目前，研究人员已经尝试了多种手段来减少机械零部件的摩擦磨损，比如硬质涂层、表面织构、表面化学处理等等。其中硬质涂层使用最为广泛，传统的二元过渡金属氮化物硬质涂层(MoN、TiN、CrN)以其高硬度、高耐磨性以及性能稳定，在工业生产中受到青睐，已经取得了实质性的应用。但是面对复杂多变的实际工况，传统的涂层材料由于其保护形势过于单一，保护效果有限，越来越不能够满足实际应用需求。

而对于润滑油保护下的机械零部件，研究人员则通常通过向润滑油中加入不同的润滑添加剂以减小摩擦磨损。然而，润滑添加剂在润滑油中的分散性难以保证，而且对于某些润滑油添加剂，通常含硫、磷，这些润滑油添加剂在使用过程中会进一步对环境造成危害，不符合绿色环保理念。因此，如何提高润滑状态下机械零部件的摩擦磨损性能也是人们面对的难题之一。

碳材料一直是重要的润滑材料，比如石墨、石墨烯、类金刚石碳膜(DLC)等。这些碳材料化学性能稳定、抗剪切能力弱，在摩擦过程中能够极大地降低摩擦磨损，保护摩擦界面。例如，申请号为CN201410425466.6的专利申请公开了一种超硬的DLC涂层，该涂层采用PVD和HIPIMS制备，具有超高硬度、高耐摩擦性能、高耐磨损性能以及高自润滑性能。申请号为CN201810270718.0的专利申请公开了一种耐高温低摩擦DLC/AlTiSiN多层复合涂层，该复合涂层采用多弧离子镀制备，功能层由DLC层和AlTiSiN层交替构成，具备优异的抗高温性和抗摩擦磨损性。目前，工业应用广泛的碳材料通常制备成本较高，生产过程复杂，影响因素众多，对服役的基体也有所限制，难以实现大规模的量产。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种涂层材料MoN/Pt及其制备方法。本发明的MoN/Pt涂层材料能够在摩擦过程中催化降解润滑油，并在摩擦界面处原位形成非晶碳膜，使得机械零部件在液体润滑的基础上，还能够进一步实现固体润滑，极大地降低机械零部件的摩擦磨损。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的。

一种基于摩擦诱导催化形成自润滑非晶碳膜的涂层材料，该涂层材料由依次叠加的MoN层以及Pt层所构成；MoN层设置在基体上。

所述MoN层的厚度为2～3μm，Pt层的厚度为10～40nm。

所述MoN层为γ-Mo₂N纳米晶，Pt层为Pt纳米晶。

所述基体为金属、硬质合金和陶瓷中的任意一种。

本发明还提供了制备MoN/Pt涂层的制备方法，该制备方法利用直流磁控溅射技术，操作简单，应用成熟，能够有效地溅射金属靶材，获得性能优良的涂层，利于实现大批量工业生产。

本发明采用复合多功能离子镀膜设备，该镀膜设备主要包括真空室、霍尔离子源、第一直流磁控溅射电源、第二直流磁控溅射电源、直流叠加脉冲偏压电源、加热源、转动单元、进气单元和分子泵，其中，真空室内壁设有均匀分布的霍尔离子源、第一直流磁控溅射电源和第二直流磁控溅射电源，真空室中设有可公转、自转的转架。