[发明专利]一种梯度自润滑复合涂层及其制备方法

说明书

一种梯度自润滑复合涂层，涂覆于基体材料表面，自润滑复合涂层总厚度为1~3μm，由内向外依次包括附着在基体材料表面的Mo粘结层、MoN承载层、DLC自修复润滑层和非晶态MoSsubgt;2/subgt;减摩层，所述DLC自修复润滑层中共掺杂了Mo和Cu。本发明制备的梯度自润滑复合涂层各涂层界面应力小，结合力高，复合涂层具有优异的承载能力和减磨性能，在560MPa的赫兹应力作用下，干摩擦条件下，滑动摩擦因数平均值低至0.145；尤其在柴油介质中，相同载荷作用下，摩擦因数均值降至0.08，且在极短磨损周次内进入稳定磨损阶段，有效缩短磨合期。有效延长了摩擦偶件的使用寿命，提高了柴油机效率和运行稳定性。

技术领域

本发明涉及润滑涂层制备技术领域，具体涉及一种梯度自润滑复合涂层及其制备方法。

背景技术

内燃机工业是我国重要的基础产业，是工程机械、舰船等领域的主导动力设备。目前我国已成为全球内燃机生产和使用大国，尤其是用于工程机械、船舶机械等领域的柴油机。随着世界各国对环境保护的日益重视，排放标准的日益严格，我国柴油机企业要想在国际竞争中占据优势，就必须应用新技术，制造出能耗低、排放少、科技含量高的柴油机。实践表明：在发动机中摩擦引起的能量损失超过发动机总功率的40％，其中活塞、柱塞偶件等引起的摩擦损失占发动机摩擦损失的70％以上。因此，发动机关键零部件的耐磨和润滑性，直接影响到发动机的功率、排放、油耗与寿命。

摩擦与磨损主要发生在材料的表面，提高材料的表面性能是改善其摩擦学行为的关键。使用润滑剂是改善零部件摩擦磨损性能、从而提高发动机功率、降低排放、油耗的有效方式之一，但是多数润滑剂为原油衍品，不可自行降解，对设备和环境会造成污染。为了克服润液态滑剂的缺点，在零部件表面制备石墨烯、DLC(GLC)、MoS₂等固体耐磨润滑涂层，可以降低摩擦损失，提高内燃机零部件的使用寿命和服役稳定性。

MoS₂被称为“固体润滑之王”，但是单一的MoS₂力学性能较差，在较高载荷下会坍塌，从而失效，针对内燃机零部件高温、高压的工况，要求涂层具有低摩擦因数、高承载能力、膜基结合力高、耐磨性能优异等优点。因此，单一晶态MoS₂涂层无法同时满足工况需求，迫切需要设计纳米复合涂层。

发明内容

本发明目的在于提供一种梯度复合自润滑涂层。该复合自润滑涂层具有低摩擦因数、高承载能力，涂层中各层之间具有优异结合力。

本发明另一目的是提供上述梯度复合自润滑涂层的制备方法。该方法制备的涂层具有优异的减磨耐磨性能和承载能力，尤其在柴油机中具有更优异的减磨耐磨性能和稳定性。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种梯度复合自润滑涂层，其特征在于：所述复合自润滑涂层涂覆于基体材料表面，涂层总厚度为1~3μm，由内向外依次包括附着在基体材料表面的Mo粘结层、MoN承载层、DLC自修复润滑层和非晶态MoS₂减磨层，所述DLC自修复润滑层中掺杂了Mo和Cu。

进一步，上述 Mo粘结层厚度为50~100nm，MoN承载层厚度为400~1300nm，DLC自修复润滑层厚度为400~1300nm，非晶态MoS₂减磨层厚度为150~300nm。

本发明中的自润滑复合涂层从结构上采用柱状晶结构的MoN承载层-非晶体包裹晶粒的Cu、Mo共掺杂的DLC涂层-非晶态结构的MoS₂减磨层结构梯度变化，从而形成高承载、高润滑、高减磨性能的复合涂层，从成分上依次采用Mo、MoN、Cu、Mo共掺杂的DLC和MoS₂形成Mo成分的梯度变化，减小了各涂层界面的应力，增强各涂层之间的结合力。