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专利摘要

本发明公开了一种指尖密封用高温耐磨自润滑涂层及其制备方法。所述高温耐磨自润滑涂层包括沿厚度方向依次层叠的：金属Me粘结层、成分梯度过渡层以及高温耐磨自润滑面层；所述成分梯度过渡层为Me‑MeN‑MeN/MoS2过渡层；所述高温耐磨自润滑面层为MeN/MoS2复合层。本发明提供的高温耐磨自润滑涂层具有高硬度、强结合力、低内应力与耐高温热循环冲击等优点，在高温摩擦中被氧化生成具有优异润滑效果的氧化产物，显著降低了指尖密封结构的摩擦系数和磨损率，并显著提高了密封性；通过在指尖密封摩擦面沉积高温耐磨自润滑涂层，有效降低了其更换频率，节省了制造与更换成本，同时延长了长效服役寿命，保障了的设备的稳定性。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210959703.1
申请日期:
2022-08-10
专利申请人:
中国科学院兰州化学物理研究所
分类号:
C23C14/06;C23C14/16;C23C14/35
发明/设计人:
张广安，曹学乾，胡海涛，尚伦霖，李东山
权利要求: 1.一种指尖密封用高温耐磨自润滑涂层，其特征在于，包括沿厚度方向依次层叠的：金属Me粘结层、成分梯度过渡层以及高温耐磨自润滑面层；所述成分梯度过渡层为Me-MeN-MeN/MoS2过渡层；所述高温耐磨自润滑面层为MeN/MoS2复合层；其中，金属Me的氧化物具有高温润滑性。2.根据权利要求1所述的指尖密封用高温耐磨自润滑涂层，其特征在于，金属Me包括Cr、Mo、V、Nb以及Ta中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述金属Me粘结层的厚度为0.2-0.3μm，所述成分梯度过渡层的厚度为0.4-1.0μm，所述高温耐磨自润滑面层的厚度为2.0-4.0μm。3.根据权利要求2所述的指尖密封用高温耐磨自润滑涂层，其特征在于，所述成分梯度过渡层依次包括第一亚层Me-MeN以及第二亚层MeN-MeN/MoS2；所述第一亚层的厚度为0.1-0.3μm，所述第二亚层的厚度为0.3-0.7μm。4.一种指尖密封用高温耐磨自润滑涂层的制备方法，其特征在于，包括：提供基体；采用非平衡磁控溅射在所述基体表面依次形成金属Me粘结层、成分梯度过渡层以及高温耐磨自润滑面层的步骤；生长中，通过控制N2的流量由低到高以及MoS2靶材的电流由低到高，形成材质沿厚度方向为Me-MeN-MeN/MoS2逐渐过渡的所述成分梯度过渡层；生长的所述高温耐磨自润滑面层的材质为MeN/MoS2复合。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述基体的表面材质为Inconel 718或GH4169；优选的，所述基体经过氩离子刻蚀及活化处理。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，具体包括：以Me靶为溅射靶材并施加靶电流，对所述基底施加负偏压，进行第一沉积，从而在所述基底表面沉积金属Me粘结层；优选的，所述第一沉积的沉积时间为10-15min，施加于Me靶上的靶电流为3.0-4.5A。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，具体包括：以Me靶为靶材并保持靶电流不变，在10-15min内将N2的气流量由4sccm逐渐升至24-32sccm，进行第二沉积，从而在所述金属Me粘结层表面沉积形成第一亚层Me-MeN；以及，以Me靶、MoS2靶为溅射靶材，保持Me靶电流不变，在10-15min使内施加于MoS2靶上的靶电流由0A逐渐升至0.3-0.8A，进行第三沉积，从而在所述第一亚层表面沉积形成第二亚层MeN-MeN/MoS2。8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，具体包括：以Me靶和MoS2靶为靶材，以Ar气和N2气为工作气体，进行第四沉积，形成所述高温耐磨自润滑面层；优选的，所述第四沉积的压力为0.5-1.0Pa，样品架转速为3.5-5.5rpm，Ar气和N2气的流量比为1∶1.5-2.5，温度为120-180℃，Me靶电流为3.0-4.5A，MoS2靶电流为0.3-0.8A，溅射时间为120-240min。9.一种指尖高温摩擦密封结构，包括指尖片和密封座，所述指尖片和密封座之间具有能够产生滑动摩擦的摩擦面，其特征在于，所述摩擦面的至少一侧的摩擦结构的表面设置有权利要求1-3中任意一项所述的指尖密封用高温耐磨自润滑涂层。10.根据权利要求9所述的指尖高温摩擦密封结构，其特征在于，所述指尖片和密封座之间的摩擦面处均设置有所述指尖密封用高温耐磨自润滑涂层；优选的，在550-750℃下，所述指尖片和密封座之间的摩擦系数为0.15-0.30，磨损率为0.75×10-6-5.0×10-6mm3N-1m-1；优选的，设置所述指尖密封用高温耐磨自润滑涂层后，所述指尖片和密封座之间的泄漏率降低47.5-60.0％。