专利名称：用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀处理的复合涂层及制备方法
技术领域：
本发明涉及一种应用在具有耐磨、耐腐蚀要求的机械零部件表面的复合涂层及其
制备方法，该复合涂层用于提高以钢材、有色金属、铸铁等为材质的零件表面的耐磨损、耐 腐蚀性能。
背景技术：
用钢材、有色金属、铸铁等金属材料加工而成的零部件，是工业设备、工具、模具的 主要组成部分。随着经济发展和技术的不断进步，对各种机械零部件的表面性能，尤其是耐 腐蚀、耐磨损性能的要求越来越高。传统是采用电沉积方法在零件表面镀制硬铬、Ni，或采 用表面热处理方法对零件表面进行处理，这些方法部分的满足了零件的性能要求，但是存 在如下的缺点 1、污染严重，尤其是电沉积工艺所造成的污染； 2、在恶劣服役条件下易失效，如在活塞杆、活塞环等零件中，硬铬镀层高负载条件 下易开裂、脱落。 3、无法适应复杂服役条件，如高温氧化条件下、高负载、耐腐蚀等叠加场合下，传 统的硬铬镀制、表面热处理往往无法满足要求。 基于上述原因，寻找成本较低、功能特点突出、适应性强且环保无污染的表面处理 方法一直是科研和工业界的努力方向。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种用于机械零部件表面 耐磨损、耐腐蚀处理的复合涂层及制备方法，以期在生产成本、产品功能和生产过程中的环 保性能上均可获得突出的优势。 本发明解决技术问题采用如下技术方案 本发明用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀处理的复合涂层，其特征是 所述复合涂层为双层结构，所述双层结构中的表层为功能层，在功能层与零部件
表面之间为过渡层； 所述过渡层为纯金属层，所述纯金属层为Cr金属层、Ti金属层或Ni金属层；
所述功能层为碳化物层MC、氮化物层丽或碳氮化物层丽C，所述M为过渡金属Ti、 Al、Zr或Mo。 本发明用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀处理的复合涂层的特点也在于
所述过渡层的厚度为0. liim liim。
所述功能层的厚度为0. 5iim 10iim。 本发明用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀处理的复合涂层制备方法的特点是采 用非平衡磁控溅射方法按以下步骤进行制备
a、工件经去油、去屑，并以超声波清洗后，烘干，再置于非平衡磁控溅射镀膜设备 的真空室中； b、开启非平衡磁控溅射设备的真空系统，通过抽真空使真空室内压力不高于 1 X 10—3Pa ; c、将工件加热到200°C 50(TC保温30分钟；在保温过程中对工件进行等离子体 清洗； d、使用Ar气作为工作气体，利用非平衡磁控溅射方法制备过渡层，所述过渡层为 Cr层、Ti层或Ni层； e、使用Ar气作为工作气体，通入N2或C2H2气体作为反应气体制备功能层；
f、零部件随炉冷却到IO(TC以内，取出即可。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在 1、物理气相沉积制备的氮化物、碳化物、碳氮化物和金属基底结合力较差，本发明 使用和机械零部件金属材料、功能层薄膜材料均具有良好结合性能的金属薄膜作为过渡 层。过渡层一方面可以提高膜层整体和机械零部件表面的结合，另一方面也可以提高机械 零部件的耐腐蚀性能。 2、功能层作为机械零部件服役时直接和外界环境接触的区域，性能要求趋于多样 化。本发明结合过渡族金属化合物良好的力学性能及耐腐蚀性能，根据不同使用环境，分别 使用碳化物MC、氮化物MN或碳氮化物MNC作为膜层材料。 3、本发明复合涂层的制备使用物理气相沉积PVD中的非平衡磁控溅射方法。在制 备过程中，零部件整体"沉浸"在等离子体辉光放电区域，可以实现对零部件的等离子体清 洗，并可以提高薄膜的致密度。此外，由于磁控溅射方法固有的"低温"、"高速"特点，本发 明所涉及的复合涂层和制备方法不会影响零部件本身原有的力学性能。
以下通过具体实施方式
，对本发明进一步说明。
具体实施方式
实施例1 : 替代电沉积硬铬镀层在液压杆中的应用，按如下过程操作 1、利用超声波清洗装置对液压杆进行清洗、烘干后，置于非平衡磁控溅射装置内 的工件架上； 2、真空系统工作，使真空室内压力为1X10—3Pa; 3、将液压杆件加热到20(TC并保温0. 5小时，保温同时利用等离子体清洗对杆件 进一步清洗； 4、向真空室内通入氩气，真空室压力调节到0. 1 1Pa，利用非平衡磁控溅射源， 使用Cr作为耙材，沉积Cr膜0. 2 ii m ; 5、向真空室内通入氮气和氩气，真空室压力保持不变，利用非平衡磁控溅射，在 Ar : N2的体积流量比为2 : 1的条件下镀制CrN薄膜6 y m ;
6、停止镀膜，将杆件随炉冷却到IO(TC以内，取出即完成。
实施例2 : 替代表面热处理技术在冲压模具即冲头中的应用，按如下过程操作
1、利用超声波清洗装置对冲头进行清洗、烘干后，置于非平衡磁控溅射装置内的 工件架上； 2、真空系统工作并使真空室内压力为1X10—3Pa; 3、将冲头加热到20(TC并保温0. 5小时，保温同时利用等离子体清洗对冲头进一 步清洗； 4、向真空室内通入氩气，真空室压力调节到0. 1 1Pa，利用非平衡磁控溅射源沉 积Cr膜0. 1 ii m ; 5、向真空室内通入氮气和氩气，真空室压力保持不变，利用非平衡磁控溅射，采用 Al和Cr靶材，在Ar : N2体积流量比为2 : 1条件下镀制CrAlN薄膜4 y m ;
6、停止镀膜，将冲头随炉冷却到IO(TC以内，取出即完成。
权利要求
用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀处理的复合涂层，其特征是所述复合涂层为双层结构，所述双层结构中的表层为功能层，在功能层与零部件表面之间为过渡层；所述过渡层为纯金属层，所述纯金属层为Cr金属层、Ti金属层或Ni金属层；所述功能层为碳化物层MC、氮化物层MN或碳氮化物层MNC，所述M为过渡金属Ti、Al、Zr或Mo。
2. 根据权利要求1所述的用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀处理的复合涂层，其特 征是所述过渡层的厚度为0. 1 ii m 1 ii m.
3. 根据权利要求1所述的用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀处理的复合涂层，其特 征是所述功能层的厚度为0. 5 m 10 m。
4. 一种权利要求1所述用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀处理的复合涂层的制备方 法，其特征是采用非平衡磁控溅射方法按以下步骤进行制备a、 工件经去油、去屑，并以超声波清洗后，烘干，再置于非平衡磁控溅射镀膜设备的真 空室中；b、 开启非平衡磁控溅射设备的真空系统，通过抽真空使真空室内压力不高于 1X10—3Pa ;c、 将工件加热到200°C 50(TC保温30分钟；在保温过程中对工件进行等离子体清洗；d、 使用Ar气作为工作气体，利用非平衡磁控溅射方法制备过渡层，所述过渡层为Cr 层、Ti层或Ni层；e、 使用Ar气作为工作气体，通入N2或C2H2气体作为反应气体制备功能层；f、 零部件随炉冷却到IO(TC以内，取出即可。
全文摘要
本发明公开了一种用于机械零部件表面耐磨损、耐腐蚀处理的复合涂层及制备方法，其特征是复合涂层为双层结构，双层结构中的表层为功能层，在功能层与零部件表面之间为过渡层；过渡层为纯金属Cr层、Ti层或Ni层；功能层为碳化物层MC、氮化物层MN或碳氮化物层MNC，M为过渡金属Ti、Al、Zr或Mo。本发明采用物理气相沉积方法中非平衡磁控溅射方法，在具有耐腐蚀、耐磨损服役条件要求的机械零部件表面制备复合涂层。本发明复合涂层的性能优于电沉积硬铬，且具有明显的环保优势。
文档编号B32B15/04GK101746091SQ20091018599
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者王君 申请人:董志良;王君