[发明专利]一种自润滑涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种自润滑涂层及其制备方法和应用，属于机械切削刀具制造技术领域。所述自润滑涂层由内至外包括：Ti/TiN过渡层和复合涂层；其中所述复合涂层为交替沉积的TiCN硬涂层和MoSsubgt;2/subgt;/C软涂层，所述Ti/TiN过渡层和所述TiCN硬涂层接触，自润滑涂层最外层为MoSsubgt;2/subgt;/C软涂层，交替沉积2～4次。本发明制得的自润滑涂层具有优异性能，这种软硬涂层交替沉积的方式兼具较高的硬度、较低的应力和摩擦系数，能有效提高刀具的使用寿命。该涂层因为结合了硬涂层和软涂层优点，具有优异的性能，可广泛应用于各种材料的切削加工，尤其是难加工材料，具有十分广泛的应用前景，具有极大的应用价值和推广的可能性。

技术领域

本发明涉及机械切削刀具制造技术领域，特别涉及一种自润滑涂层及其制备方法和应用。

背景技术

在机械切削刀具制造技术领域，切削刀具由于缺少切削液的冷却润滑作用，在加工过程中刀具和工件摩擦十分严重，刀具极易产生磨损，导致刀具使用寿命急剧下降。硬涂层材料虽然对于提升刀具的硬度和耐磨性有非常明显的效果，但在加工过程中摩擦系数较高；软涂层材料则能够改善刀具间的摩擦系数，降低切削力和切削温度，使得刀具更加耐磨。

综合软硬涂层的优点，中国发明专利“申请号：201510219459.5”报道了Mo-W-S-C自润滑涂层刀具及其制备工艺，该自润滑涂层刀具综合了MoS₂、WS₂、C三种固体润滑剂的优点，具有较低的摩擦系数，但这种自润滑涂层硬度相对偏低，且对刀具基体材料、切削材料等有一定的选择性。中国发明专利“申请号：201910287915.8”报道了一种原子层沉积软硬复合涂层自润滑刀具及其制备方法，先在基体表面沉积Al₂O₃硬涂层，再在基体表面沉积MoS₂或WS₂软涂层，但是沉积Al₂O₃涂层速度很低，控制困难，使涂层与基体的结合强度降低。因此，开发一种硬度高，且兼具良好的韧性和自润滑功效的刀具涂层，是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种自润滑涂层及其制备方法和应用。通过在基体上生成Ti/TiN过渡层和交替沉积的TiCN硬涂层与MoS₂/C软涂层，显著增强基体的耐磨性能，延长基体的使用寿命。基体上的Ti/TiN过渡层能降低界面上的残余热应力，提高涂层与基体之间的结合强度；将硬涂层TiCN与软涂层MoS₂/C交替沉积，能够有效的阻止软硬层之间的内应力积累，使软硬涂层的自润滑基体有结合强度高、硬度高、抗高温氧化的能力强、摩擦系数低且寿命长等优势，其中C元素的添加可使涂层具有更高的硬度和抗氧化温度，也可弥补单一MoS₂结合性能差、硬度低、承载能力弱等缺点，加强软硬涂层之间的结合强度，并在基体表面形成连续的固体润滑膜，实现基体本身的自润滑功能。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

本发明技术方案之一：提供一种自润滑涂层，所述自润滑涂层由内至外包括：Ti/TiN过渡层和复合涂层；其中所述复合涂层为交替沉积的TiCN硬涂层和MoS₂/C软涂层，所述Ti/TiN过渡层和所述TiCN硬涂层接触，自润滑涂层最外层为MoS₂/C软涂层，交替沉积2～4次。

优选地，所述Ti/TiN过渡层的厚度为0.2～0.3μm。

优选地，所述复合涂层的总厚度为3.5～4μm，单层的硬涂层和软涂层的厚度根据交替次数变化，为0.5～1μm。

本发明技术方案之二：提供一种上述自润滑涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在基体上生长Ti/TiN过渡层；

(2)于Ti/TiN过渡层上交替生长TiCN硬涂层和MoS₂/C软涂层。