[发明专利]CrMoN/MoS2

说明书

本发明公开了CrMoN/MoS₂宽温域润滑耐磨复合薄膜及其制备方法，包括过渡层和面层，过渡层为Cr相，面层由95at％‑98at％的氮化物陶瓷相及2at％‑5at％的MoS₂组成，所述氮化物陶瓷相为Mo₂N和CrN。基于过渡金属氧化物高温润滑理论优化CrN基高温润滑耐磨复合薄膜，解决高温氧化失效对材料造成的危害，通过摩擦化学反应使其在摩擦表面原位生成MoO₃和Cr₂O₃高温润滑剂，进一步改善材料高温摩擦学性能。

技术领域

本发明属于磁控溅射材料及薄膜技术领域，具体涉及CrMoN/MoS₂宽温域润滑耐磨复合薄膜及其制备方法。

背景技术

近年来国内外对多种级间密封结构如篦齿密封、刷式密封、指尖密封等已开展了大量研究工作，其中指尖密封具有泄漏小、寿命长、制造费用低、能适应较恶劣的服役环境等优点,具有非常大的研究潜力。有关指尖密封的研究工作，对我国乃至世界的航空航天事业的发展具有重要意义。为了提高指尖密封的综合性能必须继续深入对指尖密封技术的研究，力求可以找到同时有效地解决指尖密封的磨损和泄漏问题的新途径。然而无论是指尖密封的表面磨损还是迟滞性，都与密封装置接触表面摩擦系数及其它摩擦性能密切相关。将耐磨自润滑涂层应用于指尖密封，通过改善密封装置表面的摩擦学性能而非指尖梁刚度来解决泄漏和磨损的矛盾性问题是一种有效的方法。欧美的商业发动机上已经成功使用了指尖密封技术，而我国开展相关研究起步较晚，还不能完全满足发动机的要求，其中影响指尖密封性能和使用寿命的最关键因素是上述指尖片之间和指尖片与密封座之间的高摩擦和粘着导致的指尖梁径向随动性迟滞，以及指尖片和密封座的严重磨损。因此，迫切需要解决指尖片间以及指尖片与密封座间的高温润滑和抗磨损问题，开展指尖片及密封座用高温耐磨自润滑涂层研制，研发高温(550℃～750℃)下具有良好自润滑和抗磨损性能的复合功能涂层，用以降低指尖片之间和指尖片与密封座之间的摩擦，从而降低指尖密封滞后性，同时提高耐磨性和封严性能，以提高指尖密封装置在航空发动机上的使役寿命，对于提高发动机寿命、降低发动机使用成本及发展下一代高性能发动机具有重要的战略意义。

美国NASA的Glenn研究中心、Lewis研究中心采用HVOF技术制备的Ni/Cr2C3-NiCr、Co-WC-Al2O3涂层，以及采用特氟隆涂层技术与电镀Cr、Ni或Ag涂层等技术。而国内对于指尖密封装置的涂层研究还未成熟，因此，迫切需要一种能在宽温域下进行润滑的涂层，用以改善指尖片之间和指尖片与密封座之间的高摩擦和粘着导致的指尖梁径向随动性滞后，同时提高指尖片和密封座的耐磨性和封严性能，从而降低指尖密封滞后性，以提高指尖密封装置在航空发动机上的使役寿命。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明提供了CrMoN/MoS₂宽温域润滑耐磨复合薄膜及其制备方法，基于过渡金属氧化物高温润滑理论优化CrN基高温润滑耐磨复合薄膜，解决高温氧化失效对材料造成的危害，通过摩擦化学反应使其在摩擦表面原位生成MoO₃、Cr₂O₃、NiMoO₄等高温润滑剂，进一步改善材料高温摩擦学性能。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

CrMoN/MoS₂宽温域润滑耐磨复合薄膜，包括过渡层和面层，过渡层为Cr相，面层由95at％-98at％的氮化物陶瓷相及2at％-5at％的MoS₂组成，所述氮化物陶瓷相为Mo₂N和CrN。

进一步地，Mo₂N和CrN的原子比为1:4。

进一步地，过渡层的厚度为0.26～0.29μm，面层的厚度为2.5～2.9μm。