[发明专利]一种WC-Ni-DLC纳米复合涂层及其制法和应用

说明书

一种WC‑Ni‑DLC纳米复合涂层及其制法和应用，属于硬质合金复合涂层技术领域，WC‑Ni‑DLC纳米复合涂层由阴极电弧离子镀结合阳极层离子源复合制备而成，其包括的成分及各个成分的原子百分比为：W：35～40at％，Ni：4～6at％，C：35～40at％，DLC：14～26at％。制备的WC‑Ni‑DLC纳米复合涂层厚度可达30～60微米，其厚度显著优于常规氮化物和碳化物硬质涂层，在室温‑500℃范围内的摩擦系数为0.11～0.25，且在此温度范围内能够始终保持较低的摩擦系数和优良的抗磨损性能，可广泛应用于刀具等机械加工行业，对推动绿色加工行业的发展和节能降耗，具有重要的实际意义。

技术领域

本发明属于硬质合金复合涂层技术领域，具体涉及一种WC-Ni-DLC纳米复合涂层及其制法和应用。

背景技术

我国现在已成为能源消耗大国，摩擦磨损是造成高能耗的一个主要原因。目前我国每年全国消耗在摩擦磨损方面的资金高达千亿元，其中，润滑是减少摩擦磨损、降低能耗的最为有效的措施之一。

20世纪60年代问世的硬质涂层技术使刀具材料出现了一次重大变革。近10年来，硬质涂层技术受到了越来越多的关注和研究，其中，最典型的两类涂层是以TiAlN、TiAlC等涂层为基础的超硬涂层(硬度大于40GPa)和类金刚石(DLC)涂层。目前，TiAlN、TiAlC涂层由于具有高硬度和良好的抗高温氧化性能，被广泛应用于机械加工行业。以TiAlN、TiAlC涂层为基础的超硬涂层，如TiAlSiN涂层，虽然其硬度高，但是其内应力大、摩擦系数大(室温摩擦系数通常大于0.7，中高温时有时会大于1.2)、韧性差，其厚度一般只是1～5微米，DLC涂层由于具有高的硬度和极小的摩擦系数，广泛应用于低速机械加工领域，但由于类金刚石涂层本身脆性大，其厚度通常在1～2微米。

近几十年来，以WC-Co、WC-Ni为主要成分的硬质合金刀具，在加工领域被广泛采用，其硬度较高，可达12～20GPa，但是其摩擦系数较高，通常在0.5以上，制作成本也较高，使用寿命短，在绿色加工领域亟需换代升级，目前已经逐步被硬质涂层刀具所代替。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供了一种WC-Ni-DLC纳米复合涂层及其制法和应用，该WC-Ni-DLC纳米复合涂层硬度高，摩擦系数小，厚度大，具有良好的润滑效果，且寿命显著优于常规硬质合金刀具。

本发明一种WC-Ni-DLC纳米复合涂层，包括的成分及各个成分的原子百分比为：W：35～40at％，Ni：4～6at％，C：35～40at％，DLC：14～26at％。

所述的WC-Ni-DLC纳米复合涂层，厚度可达30～60微米。

所述的WC-Ni-DLC纳米复合涂层，硬度为22～26GPa，在室温～500℃范围内的摩擦系数为0.11～0.25，透射电镜观察表明，该WC-Ni-DLC纳米复合涂层中WC相的晶粒尺寸范围为50～150nm，金属Ni相的晶粒尺寸为10～50nm，DLC呈颗粒状分布于Ni相和WC相中间，尺寸在20～50nm范围内。

该WC-Ni-DLC纳米复合涂层与基膜结合性能好，划痕法实验表明，该WC-Ni-DLC纳米复合涂层在30-60微米厚度时，发生剥落或开裂的临界载荷大于60N，与常规4～5微米的TiAlN涂层的结合性能相当。

本发明的一种WC-Ni-DLC纳米复合涂层的制备方法，是采用阴极电弧离子镀和阳极层离子源技术相结合制得。

在制备过程中，真空室的温度为460～470℃，开始镀膜，以WNi合金为阴极电弧离子镀靶材，所述的WNi合金采用合金成分及各个成分的原子百分含量为：W：88～92at％，Ni：8～12at％；

阴极电弧离子镀的靶材的电流为70～80A；

阳极层离子源的功率为1.5～2.5KW，电压为800～1000V。