自润滑涂层钢领及其制备工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了自润滑涂层钢领及其制备工艺，该自润滑涂层钢领包括钢领基体，所述钢领基体上依次涂覆有Cr层、CrN层、CrCN层、CrC层和F-DLC层。该自润滑涂层钢领及其制备工艺是在传统的钢领表面上，制备具有多层复合结构和自润滑功能的纳米涂层，该纳米涂层具有高硬度、高附着力和耐腐蚀性。
【专利说明】自润滑涂层钢领及其制备工艺
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自润滑涂层钢领及其制备工艺。
【背景技术】
[0002]钢领是环锭纺纱机上卷绕部分的重要部件，在高速纺织状态下，钢领表面会加剧粘着磨损和疲劳磨损发生、内跑道产生不规则波浪纹和点状剥落、纺纱张力不稳定、千锭时断头、毛羽严重等缺陷，因此钢领材质、表面处理方法、硬度、耐腐蚀性、摩擦特性、直接影响成纱毛羽、断头等质量指标。
[0003]目前，国内企业多采用20号低碳钢的板材加工钢领，经电镀铬提高表面硬度，但表面粗糙，走熟期比较长，或采用Crl5轴承钢钢领，热处理加工后，能够得到更高的硬度，但在使用过程中锈蚀 问题是比较突出的。随着科技的发展，出现了各种涂层钢领，比如镀氟钢领，具有很好的减摩特性，可以直接开快档车速，但表面硬度低，所以限制了使用寿命；类金刚石(DLC)钢领，具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀，但内应力高、附着力差、摩擦系数高于镀氟钢领。
【发明内容】
[0004]为了克服上述缺陷，本发明提供了一种自润滑涂层钢领及其制备工艺，其是在传统的钢领表面上，制备具有多层复合结构和自润滑功能的纳米涂层，该纳米涂层具有高硬度、高附着力和耐腐蚀性。
[0005]本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是:一种自润滑涂层钢领，包括钢领基体，所述钢领基体上依次涂覆有Cr层、CrN层、CrCN层、CrC层和F-DLC层。
[0006]作为本发明的进一步改进，所述Cr层厚度为30-50nm，所述CrN层厚度为30-60nm,所述CrCN层厚度为50_100nm，所述CrC层厚度为150_200nm，所述F-DLC层厚度为 1000-2000nm。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述Cr层(I)、CrN层(2)、CrCN层(3)、CrC层(4)和F-DLC层硬度为2000-3000HV，摩擦系数小于0.1。
[0008]本发明还提供一种如上述的自润滑涂层钢领的制备工艺，包括以下步骤:
[0009]①将钢领基体经超声波清洗去油除污、烘干，然后安装到镀膜室内的工件旋转支架上；
[0010]②抽真空:将镀膜室的真空度抽至2X 10_3 Pa— 5X 10_3 Pa ；
[0011]③离子清洗:向镀膜室内通入氩气，压强调整至5X KT1 Pa—8X IO^1 Pa，启动工件旋转支架，开启离子源，电压控制在2000-2500V，产生辉光放电，电流控制在50-100mA，产生大量Ar+对工件表面进行轰击，时间为30-60min ；
[0012]④过渡层制备:开启磁过滤电弧离子源，沉积Cr底层，时间10-30min，压强6X10_2Pa—8Χ10-2 Pa，偏压 100-200V ;然后通入氮气，沉积CrN，时间 30_40min，压强 I X KT1 Pa—3X KT1 Pa，偏压60-150V;再然后逐渐减少氮气并通入乙炔，沉积CrCN，时间20_30min，压强IXlO-1 Pa— 3X IO-1 Pa，偏压60-150V ;最后关闭氮气通入乙炔，沉积CrC,时间5-10min,压强 2 X KT1 Pa— 4 X KT1 Pa,偏压 60-80V ；
[0013]⑤含氟的类金刚石薄膜制备:开启脉冲石墨阴极弧光放电，主回路电压200-400V，偏压200-600V，然后通入炭氢化合物气体分子与含氟化合物气体分子的混合气体，用质量流量控制计控制该混合气体流量50-100SCCm与比率2.0 -5.0，石墨阴极脉冲弧光放电释放的高速高能碳离子和碳的高能中性原子，与工作气体相互碰撞，并分解离化混合气体分子，生成新的炭离子和氟离子，在工件表面形成含氟的类金刚石薄膜。
[0014]本发明的有益效果是:通过在钢领表面制备出附着力好、低摩擦、高硬度、耐腐蚀、高热传导率的多层功能性涂层，可保证钢领在高速纺纱过程中，纺纱张力稳定，千锭时断头、毛羽指标均能控制在较好水平。
【专利附图】
【附图说明】[0015]图1为本发明剖面结构示意图；
[0016]图2为本发明所述自润滑涂层钢领样品测试的深度-硬度曲线图。
【具体实施方式】
[0017]结合附图，对本发明作详细说明，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
[0018]一种自润滑涂层钢领，包括钢领基体10，所述钢领基体上依次涂覆有Cr层1、CrN层 2、CrCN 层 3、CrC 层 4 和 F-DLC 层 5。
[0019]优选的，所述Cr层厚度为30-50nm，所述CrN层厚度为30_60nm，所述CrCN层厚度为50-100nm，所述CrC层厚度为150_200nm，所述F-DLC层厚度为1000_2000nm。
[0020]优选的，所述Cr层(I)、CrN层(2)、CrCN层(3)、CrC层(4)和F-DLC层硬度为2000-3000HV，摩擦系数小于0.1。
[0021]一种如上述的自润滑涂层钢领的制备工艺，包括以下步骤:
[0022]①将钢领基体经超声波清洗去油除污、烘干，然后安装到镀膜室内的工件旋转支架上；
[0023]②抽真空:将镀膜室的真空度抽至2X 10_3 Pa— 5X 10_3 Pa ；
[0024]③离子清洗:向镀膜室内通入氩气，压强调整至5X KT1 Pa—8X IO^1 Pa，启动工件旋转支架，开启离子源，电压控制在2000-2500V，产生辉光放电，电流控制在50-100mA，产生大量Ar+对工件表面进行轰击，时间为30-60min ；
[0025]④过渡层制备:开启磁过滤电弧离子源，沉积Cr底层，时间10-30min，压强6X 10_2Pa—8Χ10-2 Pa，偏压 100-200V ;然后通入氮气，沉积CrN，时间 30_40min，压强 I X KT1 Pa—3X KT1 Pa，偏压60-150V;再然后逐渐减少氮气并通入乙炔，沉积CrCN，时间20_30min，压强IXlO-1 Pa— 3X KT1 Pa，偏压60-150V ;最后关闭氮气通入乙炔，沉积CrC,时间5-10min,压强 2 X KT1 Pa— 4 X KT1 Pa,偏压 60-80V ；
[0026]⑤含氟的类金刚石薄膜制备:开启脉冲石墨阴极弧光放电，主回路电压200-400V，偏压200-600V，然后通入炭氢化合物气体分子与含氟化合物气体分子的混合气体，用质量流量控制计控制该混合气体流量50-100SCCm与比率2.0 -5.0，石墨阴极脉冲弧光放电释放的高速高能碳离子和碳的高能中性原子，与工作气体相互碰撞，并分解离化混合气体分子，生成新的炭离子和氟离子，在工件表面形成含氟的类金刚石薄膜。
[0027]该自润滑涂层钢领的制备工艺利用复合离子镀膜设备，采用磁过滤阴极电弧离子镀制备金属氮碳化物过渡层，提高涂层附着力，并采用石墨阴极产生脉冲电弧放电，形成高速高能量碳等离子束，碰撞、分解、离化含氟化合物气体分子和碳氢化合物气体，形成化学活性的自由基吸附于钢领表面，形成含氟的类金刚石涂层，解决所提出的技术问题。
[0028]碳离子与炭氢化合物气体分子，含氟化合物气体分子的体最小碰撞次数可以用以下公式表示:
【权利要求】
1.一种自润滑涂层钢领，包括钢领基体(10)，其特征在于:所述钢领基体上依次涂覆有 Cr 层(I)、CrN 层(2)、CrCN 层(3)、CrC 层(4)和 F-DLC 层(5)。
2.根据权利要求1所述的自润滑涂层钢领，其特征在于:所述Cr层厚度为30-50nm，所述CrN层厚度为30-60nm，所述CrCN层厚度为50_100nm，所述CrC层厚度为150_200nm，所述 F-DLC 层厚度为 1000-2000nm。
3.根据权利要求1或2所述的自润滑涂层钢领，其特征在于:所述Cr层(I)、CrN层(2)、CrCN层(3)、CrC层(4)和F-DLC层硬度为2000-3000HV,摩擦系数小于0.1。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的自润滑涂层钢领的制备工艺，其特征在于包括以下步骤: ①将钢领基体经超声波清洗去油除污、烘干，然后安装到镀膜室内的工件旋转支架上; ②抽真空:将镀膜室的真空度抽至2X 10_3 Pa— 5X 10_3 Pa ； ③离子清洗:向镀膜室内通入氩气，压强调整至5X10 -1 Pa—8Χ10 -1 Pa，启动工件旋转支架，开启离子源，电压控制在2000-2500V，产生辉光放电，电流控制在50-100mA，产生大量Ar+对工件表面进行轰击，时间为30-60min ； ④过渡层制备:开启磁过滤电弧离子源，沉积Cr底层，时间10-30min，压强6X10_2Pa—8Χ10-2 Pa，偏压 100-200V ;然后通入氮气，沉积CrN，时间 30_40min，压强 I X KT1 Pa—3X KT1 Pa，偏压60-150V;再然后逐渐减少氮气并通入乙炔，沉积CrCN，时间20_30min，压强IXlO-1 Pa— 3X KT1 Pa，偏压60-150V ;最后关闭氮气通入乙炔，沉积CrC,时间5-10min,压强 2 X KT1 Pa— 4 X KT1 Pa,偏压 60-80V ； ⑤含氟的类金刚石薄膜制备:开启脉冲石墨阴极弧光放电，主回路电压200-400V，偏压200-600V，然后通入炭氢化合物气体分子与含氟化合物气体分子的混合气体，用质量流量控制计控制该混合气体流量50-100SCCm与比率2.0 -5.0,石墨阴极脉冲弧光放电释放的高速高能碳离子和碳的高能中性原子，与工作气体相互碰撞，并分解离化混合气体分子，生成新的炭离子和氟离子，在工件表面形成含氟的类金刚石薄膜。
【文档编号】C23C14/06GK103710799SQ201210379601
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2012年10月9日 优先权日:2012年10月9日
【发明者】庄严 申请人:昆山立特纳米电子科技有限公司