[发明专利]一种具有微纳米结构的硬质疏水涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有微纳米结构的硬质疏水涂层及其制备方法，涉及疏水涂层领域。本发明的制备方法，采用带有离子束辅助装置的多弧离子镀设备依次沉积Cr层和CrTiAlN层，之后使用中能碳离子束进行照射，刻蚀的同时碳离子也会注入到CrTiAlN层内部，形成的CrTiAlCN金属碳化物，金属碳化物具有比其氮化物更高的硬度，进一步提高整个涂层的硬度和耐磨性；中能碳离子束处理之后得到的CrTiAlCN，在保留CrTiAlN膜层硬质耐磨性的基础上，进一步提高了其疏水性；碳还具有良好的减摩自润滑性能，降低涂层表面磨损和高分子材料粘附；本发明的制备方法，工艺简单，能够直接应用于工业大规模生成。

技术领域

本发明涉及疏水涂层领域，具体涉及一种具有微纳米结构的硬质疏水涂层及其制备方法。

背景技术

通过模具注射成型来生产具有特定形状的塑料、橡胶等高分子材料零部件是工业上最常用的方法，生产规模巨大，应用广泛。而其生产过程中最大的难点之一就是解决成型零件与模具的粘附问题，即增强模具的脱模性。一般工业上常用的增强模具脱模性能的方法为使用脱模剂，但是脱模剂存在价格昂贵、对人体伤害较大、对模具具有腐蚀作用等缺点，是不经济、不环保的下下之选，亟需更优秀的替代技术。而通过在模具表面制备具有高耐磨性的疏水涂层来代替脱模剂的使用，可以提升模具使用寿命、降低产品成本、提高生产效率、减少环境污染，具有广泛的工业应用价值。

物体表面润湿状态分有两种：亲水和疏水，通常用表面接触角来表示，当表面接触角大于90°时为疏水，当表面接触角小于90°时为亲水。疏水表面的特点是具有低表面能和高的抗粘附性。将具有疏水表面的涂层沉积在橡胶塑料等模具上，可以使模具在生产过程中不与塑料、橡胶等高分子材料发生粘附，从而具有优良的脱模性能，免除脱模剂的使用。

疏水涂层的疏水性主要由其表面成分和微观结构决定，微观结构是特殊的微纳米结构，降低固液界面的接触面积；表面成分修饰低表面能物质。常见低表面能物质包括氟硅烷、聚四氟乙烯、聚氨酯等，均为高分子材料，因此大多数疏水涂层耐磨性很差、易老化，导致使用寿命短暂。所以，通过使用硬质耐磨材料，采用构造微观结构的方法，探索适用于橡胶、塑料模具的具有高硬度、高耐磨性和高寿命的硬质疏水涂层是一种切实可行的途径。

发明内容

本发明的目的在于克服疏水涂层耐磨性很差、易老化的缺点，提供一种具有微纳米结构的硬质疏水涂层及其制备方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种具有微纳米结构的硬质疏水涂层的制备方法，包括以下步骤：

1)利用多弧离子镀金属基体上沉积Cr层；

2)利用多弧离子镀同时溅射Cr靶和TiAl靶，在Cr层上沉积CrTiAlN层；

3)在沉积CrTiAlN层的同时，利用中能碳离子束对沉积层进行照射，得到CrTiAlCN层；

4)Cr靶和TiAl靶停止溅射，中能碳离子束继续对CrTiAlCN层进行照射，得到具有微纳米结构的硬质疏水涂层。

进一步的，步骤1)中Cr层厚度为200-600nm；

步骤2)中CrTiAlN层厚度为1-5μm；

步骤3)中所述CrTiAlCN层的厚度为200-400nm；

步骤1)中的金属基体为模具钢、工具钢或硬质合金材料。

步骤2)的TiAl靶中，Ti和Al的摩尔比为67:33。

进一步的，步骤1)中，沉积气氛为氩气，沉积工作气压为0.2-0.5Pa，基体偏压为-350～-450V，基体温度为室温至550℃，沉积时间为5-15min。