本发明属于机械制造技术领域，具体涉及一种磁流体在织构并磁化硬涂层表面润滑基体及其处理方法。
背景技术：
金属表面的抗磨损、耐腐蚀和润滑性能至关重要。涂层技术因其显著防护作用而被广泛使用。目前，通常采用物理或者化学气相沉积法在金属材料表面制备硬质涂层，以提高表面的硬度以及耐磨性。但是，硬涂层在带来高硬度的同时，存在着诸多缺点，如硬质涂层脆性大，易脱落，且对其他工件表面造成严重的划伤及磨损。
磁流体是是一种新型的功能材料，它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性。磁流体在静态时无磁性吸引力，当外加磁场作用时，才表现出磁性。润滑是磁性液体的重要应用领域，当采用磁性液体润滑时，通过外磁场的作用可以将润滑液保留在摩擦区域，提高润滑效果。并且通过合理的磁场设计，该润滑液能够起到密封和增加润滑膜承载力的效果。
将磁流体润滑技术，硬质涂层技术以及织构技术三者相结合不仅可解决硬质涂层脆性大、易对其他工件造成划伤等问题，还可提高硬质涂层与基体的结合强度。使基体材料的性能有了很大的提高。
中国专利cn102966829a公开了磁性液体在织构并磁化的表面润滑的方法，采用织构摩擦副表面并将该表面磁化，利用磁化后的剩磁磁场构建微细磁针磁极阵列，并聚集剩磁磁场,将磁性液体保留在摩擦接触点上，不仅结构简单，且提高了润滑效果和润滑膜承载能力。中国专利cn106531392a公开了磁性液体在织构并磁化的不锈钢表面润滑的方法，首先采用微电解加工及光刻胶技术，形成表面织构，然后将表面磁化，再将磁性液体保留在摩擦接触点上，能有效改善不锈钢表面的润滑效果。中国专利cn101280803a公开了一种基于微小磁体阵列的磁性流体润滑方法，通过在微坑或微凹槽中沉积永磁材料层，再在摩擦副表面之间充入磁流体，可提高承载力，增强润滑。中国专利cn102785422a公开了一种氮化钒刀具涂层及其制备方法，在保证较低摩擦系数的同时，能够保证具有较高的硬度。中国专利cn103089479a公开了带有硬软复合涂层与织构化表面的耐磨活塞环及制备方法，硬质涂层可以作为硬支撑层，提高活塞环外圆面的耐磨性表面，微孔阵列增强润滑油的流体动压效应，并作为润滑油剂的储池及收集磨屑颗粒；软质涂层作为润滑相，实现了对摩擦表面的自润滑和自修复。
在本发明中，利用外磁场将磁流体保持在润滑部位，减少消耗，连续润滑。
且可增大磁流体的粘度，从而提高其承载能力。又因其自密封效果，可以减少泄漏，延长润滑周期。再者磁流体中纳米级的磁性颗粒起到微滚珠的作用，从而降低摩擦，而磁性颗粒由界面活性剂包覆，无额外磨损。
激光加工技术可实现材料表面的可控织构化加工，形成的表面凹凸复合微织构，不仅可存储润滑油、收集磨屑、固定磁流体，并能增强润滑油膜的流体动压效应，减小磨损。更重要的是，还可以增加涂层与基体之间的结合强度。本发明以硬质涂层作为硬支撑层，采用激光加工技术对硬质涂层表面进行织构化处理，并充磁，在织构化表面上涂覆磁流体作为润滑相，从而改善基体的磨损，硬质涂层脆性大以及易脱落的状况。
技术实现要素：
本发明的目的在于完善硬质涂层技术，解决硬质涂层脆性大、易对其他工件造成划伤等问题，并提高基体与涂层的结合强度。
本发明一种磁流体在织构并磁化硬涂层表面润滑基体及其处理方法，以可控织构化表面作为磁流体、磨屑的储池和涂层与基体之间连接媒介，以硬质涂层提供硬支撑，以磁流体作为润滑相，改善基体的磨损，硬质涂层脆性大以及易脱落的状况。
为了实现上述目标，本发明的具体技术方案如下：
一种涂覆磁流体的织构化表面润滑基体包括基体、织构化基体表面、磁性硬质涂层、织构化磁性硬质涂层表面以及磁流体。在对基体材料涂覆前，织构化基体材料表面，在对硬质涂层涂覆前，织构化硬质涂层表面，沉积磁性薄膜并充磁。所述基体材料表面和硬质涂层表面包括排布规则的形貌特征阵列。
一种涂覆磁流体的织构化表面润滑基体，包括基体、硬质涂层、磁性薄膜和磁流体，基体与硬质涂层结合，基体表面设有织构形貌，硬质涂层表面设有织构形貌，硬质涂层上沉积磁性薄，磁流体均匀涂覆在沉积有磁性薄膜的硬质涂层表面上；所述基体表面和硬质涂层表面的织构形貌为排布规则的形貌特征阵列。所述硬质涂层厚度为1~1800μm，最小厚度大于织构深度。所述磁性薄膜为cocr基磁性材料，薄膜厚度为20~35μm，且最大薄膜厚度小于凹腔深度。
基体与硬质涂层表面的织构形貌分布一一对应，且织构形貌间距大于织构直径。织构形貌包括凹体形貌、凸体形貌和凹凸复合织构形貌中的一种或二种以上的混合。所述凹体形貌为凹腔的直径d=10~250μm，凹腔深度d=8~35μm，凹腔间距l=150~8500μm，面积占有率为s=5%~65%。所述凹凸复合的织构形貌单个毛化点凹腔的直径d=10~150μm，凹腔深度d=5~15μm，边缘凸台高度h=5~10μm，凹腔间距l=300~600μm，面积占有率为s=5%~50%。所述凸体形貌形貌为凸台的直径d=20~200μm，凸台高度为d=5~30μm，凸台间距l=200~7000μm，面积占有率为s=5%~65%。
一种涂覆磁流体的织构化表面润滑基体的处理方法，具体包括如下步骤：
a.将基体（1）抛光至镜面，对基体（1）表面进行去污和去油处理，超声清洗并干燥充分；
b.对基体（1）表面进行织构化处理；
c.将硬质涂层（3）沉积在织构化基体（1）表面上；
d.在硬质涂层（3）表面指定区域加工出与基体表面织构形貌（2）一一对e应分布均匀的织构形貌，获得织构化涂层表面（5）；
e.在织构化涂层表面（5）上沉积磁性薄膜（4）并充磁；
f.将磁流体（6）均匀涂覆在织构化硬质涂层表面（5）上。
通过激光加工方法织构化材料表面；使用脉冲激光器，脉冲宽度200~1500μm，抽运电压200~400v，脉冲频率4~10hz，离焦量0mm，扫描速率3~30mm/s，辅助气体为空气、氩气或者氮气，气体压力0.5~3.0mpa。所述硬质涂层（3）采用等离子体化学气相沉积法进行沉积。所述充磁方法为使用一对钕铁硼永磁体分别吸附在试样两面，进行充磁5~20分钟。所述磁性薄膜（4）通过电沉积技术进行沉积，电流密度为5~15ma/cm2，沉积时间为5~20分钟。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
既具有较低的摩擦系数，又具有较高的硬度和表面耐磨性，大大提高了金属材料的使用性能。利用外磁场将磁流体保持在润滑部位，能够减少消耗，连续润滑，还可提高承载力。再者因其自密封效果，可以减少泄漏，延长润滑周期。磁流体中纳米级的磁性颗粒起到微滚珠的作用，从而降低摩擦，而磁性颗粒由界面活性剂包覆，无额外磨损。采用脉冲激光在基体表面和硬质涂层表面刻蚀规则的凹凸复合微孔阵列，因为凹凸复合的特殊织构形貌，一方面增大了材料间的接触面积，另一方面凸出与凹进的形貌互相交错，增大了摩擦，故能大大的提高基体与涂层之间的结合强度，进一步提高涂层的耐磨性。
附图说明
图1为磁流体在织构并磁化硬涂层表面润滑基体的剖面结构示意图。
图中1，为基体；2，为织构化基体表面；3，为硬质涂层；4，为磁性薄膜；5，为织构化硬质涂层表面；6，为磁流体。
具体实施方式
结合附图和实施例，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如附图所示，于本实施例中，本发明所述的一种磁流体在织构并磁化硬涂层表面润滑的处理方法，包括yt15硬质合金1，硬质涂层tic3，cocr基磁性薄膜4，fe3o4磁流体6。沉积方式为化学气相沉积法。具体制备步骤如下：
(1)预处理：将yt15硬质合金1抛光至镜面，去除表面污染层，依次放入酒精和丙酮中，超声清洗各30min，去除表面汗渍及油污，干燥充分。
(2)采用nd：yag脉冲激光器对yt15硬质合金1表面进行织构加工，采用激光加工技术形成带有规则阵列的激光织构化yt15硬质合金1表面2；脉冲宽度800μm，抽运电压350v，脉冲频率5hz，离焦量0mm，扫描速率10mm/s，辅助气体为氮气，气体压力2.0mpa。
(3)沉积硬质涂层tic3：将织构化的yt15硬质合金1放入反应器的夹具上，将反应室抽至真空，通入氩气保护加热，加热至800℃，保温15min。将ticl4和ch4带入真空反应室、沉积，沉积过程中真空泵运转，使反应器内压力保持在9.0×103pa的低真空，同时抽气排气。沉积100min，随炉降温至150℃出炉。
(4)在硬质涂层tic3表面指定区域加工出与基体表面织构形貌对应分布均匀的织构形貌，获得织构化涂层表面5，激光参数与步骤2相同。
(5)在织构化涂层表面5上使用电沉积技术沉积cocr基磁性薄膜4，电流密度为10ma/cm2，沉积时间为15分钟；再使用一对钕铁硼永磁体分别吸附在试样两面，进行充磁18分钟。
(6)将fe3o4磁流体6均匀涂覆在织构化硬质涂层表面5上。