[发明专利]一种纺织钢领用高硬度、低摩擦系数耐磨涂层及其沉积方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纺织钢领用高硬度、低摩擦系数耐磨涂层及其沉积方法，该涂层应用于纺织行业碳素钢、轴承钢钢领表面强化，属于新材料领域。

背景技术

纺织钢领是一种精密易耗零件，这种零件是纺纱机的关键零部件，工作中钢领和作为对摩擦副的钢丝圈作高速相对滑动，对纱线加捻，旋转速度的高低决定了生产效率，现代纺纱技术要求转速也越来越高，因此这对摩擦副的使用寿命也大大提高，由于二者间的摩擦为干摩擦，也就要求这对高速轻载摩擦副表面硬度越高，同时相对摩擦因数越小，其使用寿命就越来越长，当前钢领的加工制备方法有多种方法，其中表面陶瓷化是其中的一个发展方向，由于金属陶瓷涂层具有非常好高的硬度，摩擦因数也较钢铁摩擦副的低很多，因此钢领表面陶瓷化也是近年来一个重要研究方向。

我国纺纱钢领主要以低碳钢为材质，在高锭速条件下钢领和钢丝圈之间存在较大摩擦力，钢领表面会逐渐磨损，使纺纱性能衰退。一般钢领上车三个月左右需要拆下来修磨。经过2-3次修磨，钢领使用寿命在可达9-12个月。钢领的磨损及反复修磨装卸会严重影响产品质量稳定和生产效率。而钢领表面强化是提高钢领耐磨性和使役寿命的最有效手段之一。目前对钢领常用的表面强化方式是表面电镀铬处理，据报道镀铬钢领使用寿命可提高1-5倍，是比较经济实用的技术手段，高质量的钢领已经做了大量的应用。目前镀铬工艺以六价镀铬工艺为主。由于六价铬是致癌物，对人体和生态环境影响严重，六价镀铬工艺将逐渐被淘汰并为其它绿色环保的表面处理新工艺所取代。目前三价铬镀铬工艺引起研究者的兴趣，但和六价镀铬相比还不够成熟和稳定，远未达到在钢领上工业应用的水平。

物理气相沉积技术是在真空条件下，采用物理方法，将材料源气化成气态原子、或部分电离成离子，在低压气体在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相沉积属于低能耗、绿色环保的涂层生产技术，是电镀铬最理想的替代工艺之一。磁控溅射和电弧离子镀是最常用的两种物理气相沉积技术，不仅可沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷膜等。综合利用电弧离子镀技术的高效率、高离化率的特点及磁控溅射成膜质量好、表面光洁度高的特点，采用离子镀/磁控溅射复合技术，通过界面增强、多层设计等技术手段在纺织钢领表面沉积结合力强、硬度高、摩擦系数低的复合涂层，有望大幅度提高钢领的使役寿命和纺纱性能。

发明内容

本发明的目的在于通过等离子界面强化、多层设计、各层成分性能设计、工艺控制等手段获得一种纺织钢领用结合力强、硬度高、摩擦系数低的复合涂层。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种纺织钢领用高硬度、低摩擦系数耐磨涂层，所述涂层为钢领基体上的多层复合结构，在钢领基体上由内向外依次为CrN层、TiCrN层、TiCN层、DLC层；各层厚度为0.2-5微米，涂层总厚度为0.8-10微米。

一种纺织钢领用高硬度、低摩擦系数耐磨涂层的沉积方法，采用离子镀方法在钢领基体上依次沉积CrN层，TiCrN层、TiCN层，再采用磁控溅射方法沉积DLC层，钢领基体温度控制为260-320°C，钢领基体脉冲偏压频率为5-80KHz。

在本发明的一种纺织钢领用高硬度、低摩擦系数耐磨涂层的沉积方法中，离子镀方法沉积CrN层，采用纯Cr靶，电弧电流为40-200A，引入气体为Ar和N₂，其中，Ar分压为0.05-2Pa，N₂分压为0.05-2Pa，采用脉冲负偏压，偏压占空比为5-80%，偏压峰值为100V-400V，镀CrN层的时间为8min-12min。

在本发明的一种纺织钢领用高硬度、低摩擦系数耐磨涂层的沉积方法中，离子镀方法沉积TiCrN层，采用纯Ti和纯Cr两种靶材，电弧电流为40-200A，引入气体为Ar和N₂，其中，Ar分压为0.05-2Pa，N₂分压为0.05-2Pa，采用脉冲负偏压，偏压占空比为5-70%，偏压峰值为100V-400V，镀TiCrN层的时间为10min-25min。