[发明专利]耐高温低摩擦DLC/AlTiSiN多层复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了耐高温低摩擦DLC/AlTiSiN多层复合涂层及其制备方法，所述的DLC/AlTiSiN多层复合涂层，包括基底、基底上的过渡层、以及过渡层上的功能层；所述的功能层由DLC层和AlTiSiN层交替构成，其中，功能层的最底层和最顶层均为AlTiSiN层。本发明通过交替沉积AlTiSiN涂层和DLC涂层来制备多层复合涂层，所得多层复合涂层在有氧环境和无氧环境下均具有优异的耐高温性和抗摩擦磨损性，且可生长厚膜，有望作为保护涂层广泛应用于高温耐摩擦的场合。

技术领域

本发明涉及多层复合涂层技术领域，尤其涉及耐高温低摩擦DLC/AlTiSiN多层复合涂层及其制备方法。

背景技术

近年来，随着工业技术的不断发展，极限工况不断增多，对设备和材料都提出了更加严格的要求，高温环境下要求更高的硬度、更好的耐磨性和耐腐蚀能力。在材料表面沉积保护性涂层不仅能够有效提高材料表面强度、耐高温、耐摩擦性能，提升材料使用寿命，而且可以拓展材料应用范围。工业生产中，涂层材料广泛应用于切削业、模具工业、汽车制造及航空航天等领域。

类金刚石(Diamond-like carbon，DLC)涂层是一种由sp²和sp³键组成的混合无序的亚稳态非晶碳，分为含氢非晶碳(a-C:H)和无氢非晶碳(a-C)，其性质和金刚石类似，同时又具有石墨原子结构，因此表现出来的性质介于金刚石和石墨之间。现有工业生产中，DLC涂层因其优异的耐摩擦磨损性能、超高的硬度、较大的弹性模量和热导率，而被广泛用于软金属加工刀具、模具、汽车零部件领域。但是，现有制备的DLC涂层存在内应力较大、与基体结合差、不宜制备厚膜、耐高温能力尤其是有氧条件下耐高温能力低的问题，限制了其作为保护涂层在高温领域的应用。常温下DLC涂层的摩擦系数可到达0.1以下并保持稳定，具有非常有益的耐摩擦性能。而温度一旦超过350℃，DLC涂层容易发生石墨相转变，其原有结构被破坏，在有氧高温条件下，DLC涂层更容易发生分解和氧化，从而使得性能失效。因此，如何改善DLC涂层的耐高温性能，利用DLC涂层优异的耐摩擦性能，将其作为保护涂层应用于高温领域是耐高温低摩擦涂层的重要研究方向之一。

在改善DLC涂层的耐高温性能方面，目前主要的方法为通过耐高温金属元素掺杂制备DLC复合涂层，如，在DLC涂层中掺杂Cr、Ti、Ag等金属元素，形成金属纳米晶粒镶嵌在非晶DLC基体中，以提高涂层的耐高温性能。虽然现有掺杂金属的方法能够一定程度的提高DLC涂层在真空环境下的耐高温性能，但是一方面，有氧环境下金属掺杂复合涂层中的DLC基体容易与氧气接触发生氧化，导致金属掺杂的DLC复合涂层在有氧环境下的耐高温性依然不是非常突出。另外一方面，金属掺杂不能完全解决DLC涂层的应力问题，制备厚的DLC涂层依然存在较大挑战。所以需要一种更加合适的技术手段来进一步减小DLC涂层的应力和提高DLC涂层的耐高温能力，尤其是有氧环境下耐高温能力。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明通过AlTiSiN结合DLC，提供了耐高温低摩擦DLC/AlTiSiN多层复合涂层及其制备方法。

本发明提供的耐高温低摩擦DLC/AlTiSiN多层复合涂层，包括基底、基底上的过渡层、以及过渡层上的功能层；所述的功能层由DLC层和AlTiSiN层交替构成，其中，功能层的最底层和最顶层均为AlTiSiN层。

进一步的，基底为金属基底、硬质合金基底、陶瓷基底或硅基底。

进一步的，过渡层为氮化物过渡层，优选为TiN过渡层或CrN过渡层。

进一步的，过渡层的厚度为200nm～2000nm。

进一步的，DLC层的厚度为20nm～60nm；且AlTiSiN层的厚度为10nm～30nm。

本发明提供的耐高温低摩擦DLC/AlTiSiN多层复合涂层的制备方法，包括：

清洗基底；