[发明专利]一种绳轮表面TD-Cr/PVD-CrN耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明公开一种绳轮表面TD‑Cr/PVD‑CrN耐磨涂层及其制备方法。该涂层依次由基体、渗Cr涂层和纳米CrN涂层组成，其中渗Cr涂层为高硬度耐磨层，CrN涂层为高硬度低摩擦涂层，其中渗Cr层为原位扩散反应生成，CrN层为物理气相沉积获得的纳米陶瓷层，实现TD扩散层原位合成高结合力与PVD涂层低摩擦的结合。制备方法为：首先采用TD处理技术制备高硬Cr涂层，经过抛光与清洗之后，然后进行辉光清洗与刻蚀，采用PVD沉积纳米CrN涂层。本发明利用TD渗Cr所得涂层与基体结合力优异、硬度高、涂层厚，并采用PVD技术制备CrN涂层进一步提高涂层硬度并降低摩擦系数，能够有效对渗Cr样品应力进行释放。所述涂层可大幅度提高绳轮的表面硬度、耐磨性以及涂层与绳轮表面之间的结合性能。

技术领域

本发明属于金属表面涂层领域，具体涉及在绳轮表面TD渗Cr的基础上制备CrN的PVD涂层相结合，制备新型高硬度涂层。

背景技术

绳传动是依靠绳索与绳轮之间的摩檫力来传递动力和运动的机械传动，相较于链传动与齿轮传动，绳传动的结构更加简单，成本更加低廉，在用来传递超大功率的时候更加方便，具有运行时噪音低，刚度比较高，惯量比较小，运行较为稳定，维修保护成本较低等优点。除此之外，绳传动的抗拉强度很高，可以在较长距离运输和较大重量起降的场合下应用，例如山地果园运输机的动力运输系统或者电梯的运行系统。

由于绳传动的运行机理，绳轮作为绳传动的重要组成部分之一，必然会受到磨损，其中最容易发生的失效形式为塑性变形和微动磨损。这是由于在运转过程中所承接的绳受到的张力不匀衡，或是在安装时出现些许偏差，会导致绳与绳轮接触处受力更大，产生的不均匀磨损也会更大，表现在槽轮上便是此处的表面会发较大的塑性变形，从而影响绳轮的工作效率，甚至会造成严重的安全隐患，同样，该处的受力由于接近绳轮接触所能承受的最大力，会导致绳发生弹性滑动，进而引发严重的微动磨损，同样导致绳轮发生失效。

Cr是一种实际生产中公认的可有效改善钢铁性能的合金元素。添加该合金元素，不仅可提高钢铁力学性能(如硬度、强度等)，而且可显著改善钢铁的耐磨性与耐蚀性，同时铬与钢铁中的碳形成的铬碳化合物颗粒细小，可均匀分布在钢铁中，对于细化组织，提高材料的塑性和韧性是非常有益的。因此采用TD渗Cr可以几乎不降低基体的韧性，被覆碳化物层的基体表面呈现出碳化物固有的性能，如高硬度、良好的耐磨性、抗氧化和抗腐蚀性，并且内部的强度与基体一致，与基体的结合力良好。

CrN涂层在1996年被采用电弧离子镀技术制备出来，实验测得该涂层导致基体表面硬度大幅增加，相较于其它材料的沉积涂层，具有硬度高，摩擦系数低的优点。此后，CrN涂层得到了迅猛的发展，其可以使用各种物理沉积技术制备，常见的有多弧离子镀、磁控溅射、空心阴极放电等，得到的涂层均匀，晶粒细小，使用性能良好。

目前国内对于绳轮的研究稍显不足，尤其是对于电梯和果园运输运输系统这类的，其工作内容与工作环境对绳轮本身的要求较高，这是因为一方面承受大的载荷，绳轮本体要求有高的强韧性；另一方面绳轮槽口与钢丝绳接触，又要求有高的耐磨性。对于该种绳轮，目前关于增强其耐磨性能的研究相对较少，常见的增强绳轮使用性能的方法有更换耐磨材料制作，以及采用表面改性技术得到需要的性能。采用耐磨材料制作绳轮会导致成本过高，而有些表面处理的工艺耗时较久，都存在了一定的缺陷。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种绳轮表面TD-Cr/PVD-CrN耐磨涂层及其制备方法。

本发明的制备方法首先利用TD表面处理技术，在绳轮表面制备一层50-120μm的渗Cr涂层，为了降低表面摩擦以及进一步提升表面硬度，在其表面使用电弧离子镀的方法制备一层CrN涂层。所制备的涂层具有高硬度、高耐磨性以及结合力强等特点。可以提高绳轮表面硬度与耐磨性能，采用PVD方法制备的CrN涂层虽然硬度会提高，但是与基体的结合性能较差，直接在绳轮表面制备Cr N的PVD涂层会达不到预期使用寿命以及使用性能，可以有效的减少因绳轮磨损导致的失效，延长绳轮的使用寿命，同时TD渗Cr涂层易于修复，可以减少维修带来的成本与能源损失。