[发明专利]一种具有强结合界面材料表面涂层的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及对金属零件和材料的表面涂层制备方法，主要用于金属类零件和材料表面的强化和镀膜；属于金属表面处理技术领域。

 

背景技术

随着现代工业的迅速发展,要求机械工业产品能在高温、高压、高速、高度自动化和恶劣的工况条件下长期稳定运转,对零件表面的耐高温、防腐蚀、耐磨损、抗疲劳、防辐射等性能要求日益苛刻。随着人们环境意识的增强,改善材料的表面性能,有效地延长用寿命,节约资源,提高生产率,减少环境污染等对表面技术也提出了挑战。

涂层制备技术降低齿面摩擦系数或者提高齿面硬度成为表面工程技术研究的一个热点。通过在硬齿面齿轮制备TiN涂层、WC涂层、类金刚石薄膜(DLC)等高硬度涂层，能够提高零件硬度和耐磨性能，现有的涂层技术对提高齿面硬度、改善耐磨性或降低齿面摩擦系数、提高齿轮传动效率均有一定效果，但涂层与齿面的结合问题始终没有得到根本解决，也直接影响该技术的应用。

 

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种具有强结合界面材料表面涂层的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种具有强结合界面材料表面涂层的制备方法，其步骤为：

1）首先利用电子束对基体材料表面进行表面性能和表面形貌的改善，形成比基体硬度高的改性层；

2)对步骤1）形成的改性层表面利用物理气相沉积技术制备和基体相容性较好的表面涂层，表面涂层厚度为3-30um，表面涂层的硬度大于改性层。

所述第1）步电子束工艺能量密度1-30J/cm²。

所述第1）步电子束工艺参数为：加速电压27KV,照射次数25次，照射距离80mm；第2）步得到的表面涂层为纯Cr层，Cr层厚度为3um。

所述第1）步电子束工艺参数为：加速电压25KV,照射次数20次，照射距离120mm；第2）步得到的表面涂层为纯Ti层，Ti层厚度为5um。

本发明产生以下积极效果：

1.由于零件表面产生了大量熔坑，增加了机械结合的接触面积，因此增加涂层结合力。

2.电子束处理进行的基体表面净化作用，减少夹杂物，可以促进涂层的更好结合。

3.将涂层技术与电子束材料表面改性技术相结合，改善涂层表面残余应力，使涂层表面形成压应力，抑制材料表面裂纹的萌生。

 

附图说明

图1-金属基体截面示意图。

图2-本方法第一步完成后工件截面示意图。

图3-按本方法完成后工件截面示意图。

 

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种具有强结合界面材料表面涂层的制备方法，它是在结合电子束表面改性技术和物理气相沉积技术基础上产生涂层工艺。

具体步骤如下：

1、图1为材料或者零件基体。利用电子束对基体材料进行表面性能和表面形貌的改善，形成大量熔坑，并利用电子束的净化作用将零件表面清洁，形成比基体硬度高的改性层；为零件表面制备涂层制备做准备。材电子束工艺的具体特征：能量密度1-30J/cm²，比如俄罗斯产的“RITM-2M”、“Nadezhda-2”或类似设备。步骤1完成以后工件的截面示意如图2所示。

2、对步骤1处理过的零件表面利用物理气相沉积技术制备和基体相容性较好的表面涂层，表面涂层的硬度大于改性层。气相沉积技术可以是当前常用的真空磁控溅射或者离子镀设备，镀膜厚度3-30um。步骤2完成以后工件的截面示意如图3所示。

以下给出两个具体实施例以帮助理解本发明。

本发明实施例1：

将40Cr齿轮利用RITM-2M电子束设备进行表面改性（加速电压27KV,照射次数25次，照射距离80mm）；基体硬度为280-330Hv，电子束层硬度最高可到585Hv，影响层深度5mm。利用FJL560A型超高真空磁控溅射设备在齿轮表面涂镀3um的纯Cr。残余应力为2.8-4.2Gpa，

结合强度达到50N-100N。

本发明实施例2：

将3Cr2W8V齿轮利用RITM-2M电子束设备进行表面改性（加速电压25KV,照射次数20次，照射距离120mm）；基体硬度为280-330Hv，电子束层硬度最高可到550Hv，影响层深度5mm。利用FJL560A型超高真空磁控溅射设备在齿轮表面涂镀5um的纯Ti。残余应力为2.8-4.2Gpa，结合强度达到50N-100N。