[发明专利]一种基体表面低摩擦耐磨损防护薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种基体表面低摩擦耐磨损防护薄膜的制备方法。该方法采用多弧离子镀技术在基体表面制备CrN薄膜，之后采用化学气相沉积法在该CrN薄膜层表面沉积聚对二甲苯薄膜(PPXC)，获得PPXC/CrN双重复合薄膜。其中，PPXC层和CrN层的协同效应使PPXC/CrN双重复合薄膜在腐蚀环境及较高的载荷下呈现极低的摩擦系数，并呈现优异的耐磨损、耐腐蚀性能，例如在海水环境及较高载荷下的摩擦系数低于0.1以下，磨损率在10^‑6mm³/Nm数量级。

技术领域

本发明属于表面处理及防护技术领域，尤其涉及一种基体表面低摩擦耐磨损防护薄膜的制备方法。

背景技术

不锈钢、钛合金、铜合金等材料因其较高的强度和良好的耐腐蚀性能在化工、建筑、海洋装备等领域有广泛的应用。然而，其磨损尤其是在腐蚀性介质中的磨损问题严重限制了其应用领域。

表面处理及防护是降低磨损及腐蚀的有效手段之一。硬质涂层由于其较高的硬度、良好的耐磨性、耐腐蚀性及化学稳定性等优异性能被广泛应用于刀具、模具、纺织、汽车制造、海洋装备等领域，并发挥着越来越重要的作用。目前，多弧离子镀是制备硬质CrN薄膜的主要方法之一。然而，这种技术在制备薄膜的过程中，难免产生一定的缺陷，如微空隙、大液滴等，这些缺陷的存在一方面会导致薄膜、较高的摩擦，另一方面将为腐蚀性介质提供通道，削弱其腐蚀性能，从而限制了硬质薄膜在更多领域内的应用。如何降低薄膜生长缺陷的影响，成为提高薄膜耐磨损及耐腐蚀性能的瓶颈之一。

发明内容

针对上述技术现状，本发明旨在提供一种基体表面的低摩擦、耐磨损、耐腐蚀的防护薄膜的制备方法，该防护薄膜具有低摩擦、耐磨损、耐腐蚀性能，对基体起到良好的防护作用，尤其在腐蚀性介质中，例如海水环境下海洋工程以及化工生产等领域。

为了实现上述技术目的，本发明人经过大量实验探索，在基体表面采用多弧离子镀制得CrN薄膜层之后，再采用化学气相沉积法在其表面沉积一层聚对二甲苯薄膜层(PPXC)，获得PPXC/CrN双重复合薄膜。聚对二甲苯(PPXC)薄膜具有良好的电绝缘性和防腐等性能，因此该PPXC/CrN双重复合薄膜层不仅发挥了PPXC的优势，还可一定程度密封CrN硬质薄膜层的表面缺陷，从而降低了基体的腐蚀、有效控制了腐蚀诱导的磨损，使基体呈现优异的低磨损、耐腐蚀性能。

即，本发明的技术方案为：一种基体表面低摩擦耐磨损防护薄膜的制备方法，其特征是：采用多弧离子镀技术在基体表面制备CrN薄膜，之后采用化学气相沉积法在该CrN薄膜表面沉积聚对二甲苯薄膜(PPXC)，获得PPXC/CrN双重复合薄膜。

采用多弧离子镀技术在基体表面制备CrN薄膜的具体过程如下：

将清洗处理后的基体放入真空室进行抽真空处理，选用铬靶，打开氮气阀，对基体施加负偏压，利用多弧离子镀技术在基体表面制备CrN薄膜层。

作为优选，所述的铬靶电流为50～70A。

作为优选，所述的基体负偏压为-20～-70V。

作为优选，所述的氮气流量为300～800sccm。

作为优选，将清洗处理后的基体首先利用氩气进行高偏压等离子体轰击清洗表面。

作为优选，在采用多弧离子镀技术在基体表面制备CrN薄膜层之前，首先采用多弧离子镀技术在基体表面制备Cr过渡层，以提高薄膜与基体的结合力。作为进一步优选，Cr过渡层制备过程中，氩气流量为300～600sccm，基体负偏压为-20～-70V，铬靶电流为50～70A。

采用化学气相沉积法在CrN薄膜层表面沉积PPXC薄膜层的过程为：采用化学气相沉积设备，以对二甲苯环二体作为前驱体，在600～800℃下裂解生成游离基的中间体，这些中间体吸附在CrN薄膜表面并聚合形成PPXC薄膜。