[实用新型]碳基减摩耐磨涂层及工件

说明书

技术领域

本实用新型涉及表面工程技术领域，特别是涉及一种碳基减摩耐磨涂层及工件。 

背景技术

对于硬密封阀门、水润滑轴承以及水环境齿轮类传动件等摩擦副零部件，水介质的低润滑特性使其在频繁开启/关闭(或启动/停止)及瞬时过载时往往处于半干摩擦状态，摩擦接触面间的摩擦系数将急剧升高，伴随而来的磨损损伤也将急剧增大。当水基流体中存在酸、碱、盐时，其化学或电化学腐蚀特性又将进一步加剧此类摩擦副工作面的摩擦和磨损。因此，摩擦磨损是制约硬密封阀门、水润滑轴承以及水环境齿轮类传动件等摩擦副零部件工作稳定性和服役寿命的关键问题，同时也是制约整个水力机械系统高效运转的瓶颈。涂层防护技术可在不改变基体物理化学性能和加工成型性能的同时赋予零部件的工作面更加优异的服役性能，是解决此类水环境用摩擦副零部件摩擦磨损问题最为方便快捷且富有成效的技术途径。 

类石墨非晶碳具有优异的环境自适应摩擦学特性，在润滑缺失的干摩擦、润滑不足的半干摩擦及润滑充分的边界润滑或流体润滑条件下均能表现出稳定的低摩擦和低磨损特性，特别是其低摩擦、低磨损及对水分子不敏感的特性，使其适用于各种有水气氛或环境。 

然而，传统类石墨非晶碳涂层的制备厚度多小于5μm，致使其优异的减摩耐磨特性难以长寿命发挥，且承载能力有限。同时，传统类石墨非晶碳涂层的界面结构单一，其单层(基底直接沉积类石墨非晶碳层)或双层(过渡层+类石墨非晶碳层)结构难以打断连续生长缺陷，为水分子或腐蚀性分子的侵蚀/腐蚀提供了潜在的通道，故而也就难以在水环境中表现出足够的耐侵蚀/腐蚀特性，导致使用寿命较短。 

实用新型内容

本实用新型提供了一种碳基减摩耐磨涂层，该碳基减摩耐磨涂层可在水基流体中保持较低的摩擦和磨损，可使沉积有该碳基减摩耐磨涂层的水环境用摩擦副零部件实现长寿命稳定运转。 

为达到技术目的，本实用新型采用的技术方案如下： 

一种碳基减摩耐磨涂层，为由粘结层与工作层交替沉积而成的多层膜结构； 

所述粘结层为Ti、Cr、W元素中的一种的单质或氮化物或碳化物的薄膜，或者为Si元素的薄膜； 

所述工作层为类石墨非晶碳薄膜，所述类石墨非晶碳薄膜中石墨结构的原子百分含量大于70％。 

在其中一个实施例中，所述的碳基减摩耐磨涂层的厚度为10μm～50μm，硬度为10GPa～20GPa，划痕结合力大于50N，水环境中的摩擦系数小于0.1，水环境中的磨损率小于10^-16m³N^-1m^-1数量级。 

在其中一个实施例中，每一层所述粘结层的厚度为100nm～400nm，每一层所述工作层的厚度为1000nm～2000nm，且所述粘结层与相邻的所述工作层的厚度比为1∶5～1∶10。 

在其中一个实施例中，所述粘结层与所述工作层交替沉积的循环次数为10～30次。 

一种工件，包括基体，所述基体表面沉积有所述的碳基减摩耐磨涂层。 

本实用新型的碳基减摩耐磨涂层，通过粘结层和工作层的交替沉积，实现了类石墨非晶碳涂层的大厚度制备，使类石墨非晶碳涂层优异的水环境摩擦学性能得以长寿命稳定发挥；且交替沉积的多界面设计，进一步提高了类石墨非晶碳涂层在各种水基流体环境中的耐腐蚀/侵蚀能力。 

附图说明

图1为沉积有本实用新型碳基减摩耐磨涂层的工件一实施例的结构示意图。 

具体实施方式

下面将结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 

参见图1，本实用新型提供了一种碳基减摩耐磨涂层，该碳基减摩耐磨涂层为由粘结层200与工作层300交替沉积而成的多层膜结构；粘结层200为Ti、Cr、W元素中的一种的单质或氮化物或碳化物的薄膜，或者为Si元素的薄膜；工作层300为类石墨非晶碳薄膜，类石墨非晶碳薄膜中石墨结构的原子百分含量大于70％。其中，类石墨非晶碳薄膜又称GLC(Graphite-like carbon)薄膜，其主要成分为石墨结构(即sp²键)。粘结层200与工作层300交替沉积的循环次数没有严格的限制，视具体情况而定，优选地，粘结层200与工作层300交替沉积的循环次数为10～30次。 

需要说明的是，在本发明的碳基减摩耐磨涂层中，不同粘结层200的材质可以可以相同，也可以不同。