润滑科技信息平台

专利摘要

本发明公开了一种宽温域耐磨自润滑CrVN/Ag复合涂层及其制备方法。所述复合涂层包括粘结层、梯度层和耐磨自润滑面层，所述粘结层为Cr层，所述梯度层包括CrN层、CrVN层和CrVN/Ag层，所述耐磨自润滑面层包括氮化物陶瓷相和Ag相，所述氮化物陶瓷相包括VN和CrN。本发明采用磁控溅射技术制备出CrVN/Ag复合涂层，该复合涂层不仅具有致密的内部结构且具有较高的结合强度，VN和CrN在高温摩擦过程中通过摩擦化学反应生成氧化钒、氧化铬以及钒酸银等高温固体润滑剂，具有优异的低摩擦高抗摩性能，有效改善零部件在宽温域(RT‑750℃)区间内的润滑抗磨问题，延长材料在宽温域服役条件下的使用寿命。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202210372300.7
申请日期:
2022-04-08
专利申请人:
["中国航发四川燃气涡轮研究院","中国科学院兰州化学物理研究所"]
分类号:
C23C14/16;C23C14/06;C23C14/35;C23C14/02
发明/设计人:
曹学乾，张广安，尚伦霖，胡海涛
权利要求: 1.一种宽温域耐磨自润滑CrVN/Ag复合涂层，其特征在于包括依次形成的粘结层、梯度层和耐磨自润滑面层，所述粘结层包括Cr层，所述梯度层依次包括CrN层、CrVN层和CrVN/Ag层，所述耐磨自润滑面层包括氮化物陶瓷相和Ag相，所述氮化物陶瓷相包括VN和CrN。2.根据权利要求1所述的宽温域耐磨自润滑CrVN/Ag复合涂层，其特征在于：所述耐磨自润滑面层由90at％～95at％的氮化物陶瓷相及Ag相组成。3.根据权利要求1所述的宽温域耐磨自润滑CrVN/Ag复合涂层，其特征在于：所述宽温域耐磨自润滑CrVN/Ag复合涂层中Cr、V、N与Ag的原子比为(49.6～51.6)∶(6.0～7.0)∶(39.5～40.5)∶(0.7～0.9)。4.根据权利要求1所述的宽温域耐磨自润滑CrVN/Ag复合涂层，其特征在于：所述粘结层的厚度为0.2～0.4μm，所述梯度层的厚度为0.3～0.5μm，所述耐磨自润滑面层的厚度为2.5～4.5μm。5.根据权利要求1所述的宽温域耐磨自润滑CrVN/Ag复合涂层，其特征在于：所述宽温域耐磨自润滑CrVN/Ag复合涂层的表面硬度为13.2～17.4GPa，弹性模量为225.9～275.2GPa，结合强度不小于30.0N，室温到750℃的摩擦系数为0.78～0.26，磨损率为1.36×10-5～2.02×10-6mm3N-1m-1。6.如权利要求1-5中任一项所述的宽温域耐磨自润滑CrVN/Ag复合涂层的制备方法，其特征在于包括：提供基底；采用磁控溅射技术在所述基底表面依次沉积形成粘结层、梯度层和耐磨自润滑面层，制得所述宽温域耐磨自润滑CrVN/Ag复合涂层。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，具体包括：采用磁控溅射技术，以Cr靶为靶材，对基底施加负偏压，对Cr靶施加靶电流，从而在基底表面沉积形成作为过渡层的粘结层；其中，沉积粘结层采用的沉积时间为10～12min，施加于Cr靶上的靶电流为3～4A，粘结层的厚度为0.2～0.4μm。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Cr靶为靶材，以保护性气体和氮气为工作气体，对Cr靶施加靶电流，从而在粘结层表面沉积形成CrN层，其中，施加于Cr靶上的靶电流为3～4A；以Cr靶和V靶为靶材，以保护性气体和氮气为工作气体，对Cr靶和V靶施加靶电流，从而在CrN层表面沉积形成CrVN层，制得所述梯度层；其中，保持Cr靶上的靶电流不变，施加于V靶上的靶电流为0～2A；以及，以Cr靶、V靶和Ag靶为靶材，以保护性气体和氮气为工作气体，对Cr靶、V靶和Ag靶施加靶电流，从而在CrVN层表面沉积形成CrVN/Ag层，其中，保持Cr靶和V靶上的靶电流不变，施加于Ag靶上的靶电流为0～0.5A；所述梯度层的厚度为0.3～0.5μm；其中，保护性气体与氮气的流量比为2∶2.5～3.5。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，具体包括：以Cr靶、V靶和Ag靶为靶材，以保护性气体和氮气为工作气体，采用闭合场非平衡磁控溅射沉积方法将各靶材溅射至梯度层表面，最终得到宽温域耐磨自润滑CrVN/Ag复合涂层，其中，腔体气压为0.5～0.7Pa，样品架转速为4.5～5.5rpm，保护性气体与氮气的流量比为2∶2.5～3.5，基底温度为150～200℃，Cr靶电流和Ag靶电流分别为3～4A和0～0.5A，V靶电流为0～2A，溅射距离为90～100mm，所述耐磨自润滑面层的厚度为2.5～4.5μm。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括：在基底表面依次沉积形成粘结层、梯度层和耐磨自润滑面层之前，先对基底进行清洗和Ar+刻蚀处理，其中，所述Ar+刻蚀处理采用的工艺条件包括：抽真空至2.8～3.2Pa，Ar气与氮气的流量比为2∶2.5～3.5，偏电压为-470～-500V，占空比为45％～55％，时间为25min～35min；和/或，所述基底包括镍基高温金属。