[发明专利]一种35CrMo钢表面的多层硬质涂层

说明书

一种35CrMo钢表面的多层硬质涂层，采用化学气相沉积法在35CrMo钢基表面制备TiC/TiN双层、TiC/Ti(CN)/TiN和TiC/Ti(CN)/TiN/Al₂O₃多层硬质涂层，三种硬质涂层表面较均匀、致密，具有高硬度、低摩擦系数等特点，较大提高了35CrMo钢的耐磨擦磨损性能。相比TiC/TiN双层，多层涂层具有更好的力学和耐磨性能，其中多层TiC/Ti(CN)/TiN的摩擦系数最小，耐磨损性能最好，原因主要归于TiC/Ti(CN)/TiN涂层具有较高的显微硬度(2559HV)和良好的膜基界面结合力(70N)。

所属技术领域

本发明涉及一种表面涂覆材料，尤其涉及一种35CrMo钢表面的多层硬质涂层。

背景技术

35CrMo合金钢具有抗拉强度高、冲击韧性大和耐疲劳等优异的机械性能，已大量应用于油气田钻采工具领域。钻采工具在使用过程中, 经常要承受各种拉、剪、磨擦和腐蚀等作用，极易造成材料的损伤，影响工具的使用寿命。由于材料的磨损、腐蚀等破坏过程大都是从其表面开始的，因此在材料表面附上一层强度高、耐磨、抗氧化的涂层材料，完全可以抑制或减缓各种破坏过程的产生、发展，达到防护的目的。表面硬质涂层的发展为优化石油机械系统的摩擦学性能，解决材料磨损提供了一条极具生命力的途径。

以Ti(CN)、Al₂O₃为主的硬质涂层具有较优异的性能，如Ti(CN)的高硬度、强韧性和好的耐磨性能，Al₂O₃则具有良好的热稳定性和抗高温氧化能力等，在降低构件的摩擦磨损方面具有广阔的应用前。但是单层、二元复合膜层对高速负载系统的减磨效果一直不够理想。除了涂层自身的性能缺陷外，单层膜的致密度较差，生长的涂层通常为柱状晶结构，含有部分从涂层表面到衬底的疏松微孔，而且单层膜与衬底界面的结合力也较低，这些存在的问题极大限制了其在工业中的应用规模。相比而言，多元、多层涂层技术是通过多种涂层的复合化协同效应，在材料表面获得更高性能的复合改性层，改善涂层在复杂环境，特别是极端条件下的使用性能。多层结构涂层的界面有阻碍位错的产生和运动的作用，使得多层涂层均具有比单层更好的力学和耐磨性能，而且在组分和结构上具有梯度特性的多层涂层具有更加优异的摩擦学特性。

发明内容

本发明的目的是为了改善35CrMo钢表面的硬度、耐磨性，设计了一种35CrMo钢表面的多层硬质涂层。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

35CrMo钢表面的多层硬质涂层的制备原料包括：基材选用50mm×15mm×4mm的35CrMo合金钢，选取TiCl₄、CH₄、H₂反应源制备TiN，TiCl₄、N₂、H₂作为TiC的反应源，AlCl₃、CO₂和H₂为反应源沉积Al₂O₃。