[发明专利]一种高耐磨化合物涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高耐磨化合物涂层及其制备方法，属于化合物制备领域。本方法采用机械混料、真空吸铸和半固态挤压成型相结合的工艺，制备出具有单一简单立方晶体结构的Al_xCe_yCoCuNiO_pPr_qTiY_z(0.1≤x≤1.3；0.1≤y≤1；0.1≤p≤0.5；0.1≤q≤1；0.1≤z≤1；0.02≤x/(x+y+z+p+q+3)0.25；0.02≤y/(x+y+z+p+q+3)0.20；0.01≤p/(x+y+z+p+q+3)0.10；0.02≤q/(x+y+z+p+q+3)0.20；0.02≤z/(x+y+z+p+q+3)0.20)化合物靶材；再在经过前处理、超声处理和喷砂处理后的工件表面进行进行轰击并生成自调节Al_xCe_yCoCuNiO_pPr_qTiY_z镀层；再上述镀层表面进行沉积镀膜并原位生成梯度(Al_xCe_yCoCuNiO_pPr_qTiY_z)N涂层，所制备的工件基体/Al_xCe_yCoCuNiO_pPr_qTiY_z/(Al_xCe_yCoCuNiO_pPr_qTiY_z)N复合化合物涂层均匀，可大幅提升工件的硬度、耐磨性能和使用寿命。

技术领域

本发明属于化合物制备领域，具体涉及一种高耐磨化合物涂层及其制备方法。

背景技术

涂层技术能在工件基体表面产生一种特殊性能的膜层，进而改善工件使用性能、延长使用寿命的一种多学科交叉技术，广泛应用在机械、航空、电子等领域。在机械加工领域，可通过在基体表面制备一层性能优异的耐磨涂层，可大幅改善工件的耐磨性和使用寿命，降低基体材料的使用量，节省材料成本，同时也能较好的解决材料耐磨性和韧性之间的矛盾，拓展使用范围。涂层材料通常需要具备高熔点、高硬度、好的耐磨性；高温下结构稳定，能防止氧化发生，具有优良的抗腐蚀性能等，如常用的氮化物、碳化物、氧化物和硼化物等符合上述要求。对于氮化物涂层，最早使用的是TiN涂层，由于高强度、高硬度等性能，使其得到了广泛应用。但由于TiN涂层在高温下，易于在表层生成TiO₂，二是高温下由于N原子向外扩散易在氧化层和涂层表面形成孔洞，进而造成涂层剥落，使工件失效。随后在TiN涂层涂层基础上发展起来的多元(如：Al、Cr、W、V、Zr等)以及多层复合涂层。对于多元涂层应用较多的是三元TiAlN涂层，可使涂层的力学、抗氧化、耐摩擦与切削性能得到改善，这主要得益于三元TiAlN涂层可在其表面形成致密的Al2O3氧化物层，能有效的防止涂层的深层次氧化，保证了较高的硬度和抗磨损性能。三元涂层除了TiAlN外，TiCrN、TiZrN涂层都是目前的研究热点，并且在此基础上，四元的(TiAlZr)N、(TiAlV)N等涂层展出了更加优异的性能。除了涂层需要具备高硬度、高耐磨性以外，涂层能与基体之间具有良好的结合力也是衡量涂层使用性能的一个重要指标。多元化合物涂层是由多种元素构成，其点阵结构与化合物组成元素晶体结构均不相同，而形成了一种全新的晶体结构。因其元素种类多，易于降低在不同种类基体与涂层界面处的错配度，使其具有较高的结合力；同时多元化合物内部元素分布可根据在基体-涂层界面处的原子分布情况依据非均匀衬底的有效性可进行原位生成和长大自调节的梯度涂层，进而降低涂层内部的缺陷。同时，根据生产的实际需求，可针对长期大批量处理的工件进行多元化合物涂层成分设计，设计一种具有全新化学成分和晶体结构的多元化合物涂层靶材，进而有针对性的大幅改善涂层工件的使用性能和延长使用寿命。结合化合物靶材的制备工艺，可使化合物因细晶强化、固溶强化和弥散强化使其硬度和耐磨性显著提高，进而使多元化合物涂层性能得到更大的发挥。此外，多元化合物涂层由于元素种类多，根据吉布斯自由能定律可知在高温下通常结构更加稳定。因此，通过设计和制备一种高性能的多元化合物靶材进而在工件表面制备高耐磨化合物涂层具有广阔的市场前景。

发明内容