一种宽温域低摩擦复合涂层及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种宽温域低摩擦复合涂层及其制备方法与应用。所述宽温域低摩擦复合涂层包括：依次形成于基体表面的过渡层和VAlN/Ag交替叠层，其中，所述VAlN/Ag交替叠层是由VAlN层和Ag层交替层叠形成的纳米多层涂层，且所述VAlN/Ag交替叠层的最外层为Ag层；所述VAlN层由晶面指数为(111)、(220)的VN物相和晶面指数为(101)的w

【技术实现步骤摘要】
一种宽温域低摩擦复合涂层及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于固体润滑材料
，具体涉及一种宽温域低摩擦复合涂层及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]航空发动机逐渐向高流量比、高推重比发展，服役时面临宽温域范围的润滑和耐磨等瓶颈技术难题。特别是叶片叶冠、箔片轴承、刷丝篦齿等关键零部件，在宽温域服役过程中经历频繁启停、高速重载等工况，使其服役温度升高，两接触表面相互摩擦，发生严重磨损，导致零部件的寿命缩短，最终失效，进而影响整个运行系统的安全稳定性。传统固体润滑材料已无法满足上述苛刻工况的性能要求，迫切需要发展具有优异低摩擦、高热稳定性的宽温域耐磨减摩涂层材料技术。
[0003]单一润滑材料往往有特定的使用环境要求和适用温度范围，如MoS2适合干燥或真空环境，使用温度不能超过350℃；VN、CrN、MoN等氮化物涂层的适用温度为500～700℃，其他温度范围内的摩擦系数较高。围绕宽温域低摩擦涂层的设计制备研究，研究人员通过多元相组分复配，包括掺入软金属，制备复合涂层以满足其润滑应用需求。如专利CN202010581856.8中公开了一种VN
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Ag2MoO4复合材料，在室温至700℃有较好的自润滑性能，但制备条件苛刻，制备方法较为复杂，且室温至300℃的摩擦系数高于0.62，500和700℃的摩擦系数分别高于0.35和0.25，因此在宽温域内的摩擦系数高；专利CN201910549021.1中公开了一种由多弧离子镀技术制备的VAlCN/VN
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Ag多层结构涂层，主要用作高温防护，但是不能实现Ag单层的可控制备，涂层在宽温域内的摩擦系数、耐磨寿命、磨损率等摩擦学性能有待进一步提升。
[0004]将多元相组分复配，制备宽温域低摩擦涂层，需要解决界面不易匹配、元素含量不可控、多相成份难调控等多个关键技术问题。同时，软金属靶(以Ag靶为例)的溅射产额高，采用直流电源溅射Ag靶时，涂层中Ag元素含量过高，涂层疏松，在摩擦过程中无足够的支撑力，导致磨损率增加而失效；采用射频电源溅射Ag靶材时，放电不稳定，微量均匀掺杂难以实现。因此，提供一种具有宽温域、低摩擦系数、长耐磨寿命的复合涂层是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种宽温域低摩擦复合涂层及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]本专利技术实施例提供了一种宽温域低摩擦复合涂层，其包括：依次形成于基体表面的过渡层和VAlN/Ag交替叠层，其中，所述VAlN/Ag交替叠层是由作为支撑层的VAlN层和作为润滑层的Ag层交替层叠形成的纳米多层涂层，且所述VAlN/Ag交替叠层的最外层为Ag层；
[0008]所述VAlN层由晶面指数为(111)、(220)的VN物相和晶面指数为(101)的w
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AlN物相构成；所述Ag层由晶面指数为(200)、(220)的Ag物相构成。
[0009]本专利技术实施例还提供了前述的宽温域低摩擦复合涂层的制备方法，其包括：
[0010]提供基体；
[0011]采用直流反应磁控溅射技术在所述基体表面沉积形成过渡层；
[0012]以及，采用直流反应磁控溅射复合高功率脉冲磁控溅射技术在所述过渡层表面沉积VAlN/Ag交替叠层，直至形成所述宽温域低摩擦复合涂层。
[0013]本专利技术实施例还提供了前述的宽温域低摩擦复合涂层在固体润滑防护领域中的用途。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0015](1)本专利技术采用直流反应磁控溅射复合高功率脉冲磁控溅射技术，制备宽温域低摩擦复合涂层，制备的宽温域低摩擦复合涂层为多层结构，且由VN、w
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AlN、Ag三个主相组成；离子键化合物VN与共价键化合物w
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AlN间发生强相互作用，可形成硬度大于35GPa的VAlN层且VAlN层为致密的柱状晶结构，在宽温域摩擦过程中起支撑作用和抑制底层Ag元素快速扩散的作用，防止涂层快速失效，增加涂层的耐磨性；采用高功率脉冲磁控溅射技术制备平整光滑的Ag润滑层，并与VAlN层之间形成很强的结合力，可增加涂层的韧性，在中低温环境的摩擦过程中提供润滑作用，同时在高温摩擦过程中可诱导生成高温润滑相；
[0016](2)本专利技术制备的宽温域低摩擦复合涂层在低温25℃摩擦过程中，表面的Ag层起主要润滑作用，摩擦系数为0.4～0.51；在中温300℃摩擦过程中，Ag层表面形成氧化物润滑相，摩擦系数为0.36～0.31；在650℃高温摩擦过程中，涂层摩擦诱导生成层状AgVO3和Ag3VO4润滑相，发生层间滑移，摩擦系数降低为0.13～0.22；涂层经180米长距离摩擦后仍未失效，进而使复合涂层在25～650℃的宽温域内具有低摩擦系数、长耐磨寿命的摩擦学性能；复合涂层可作为新型宽温域固体润滑涂层，应用于航空航天发动机、工业机械的关键运动零部件等领域。
附图说明
[0017]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1是本专利技术实施例1中的宽温域低摩擦复合涂层在不同温度的XRD图；
[0019]图2a
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图2b分别是本专利技术实施例1中的宽温域低摩擦复合涂层的表面、截面SEM图；
[0020]图3是本专利技术实施例1中的宽温域低摩擦复合涂层在不同温度下的摩擦学性能图；
[0021]图4是本专利技术实施例1中的宽温域低摩擦复合涂层在高温下的长摩擦距寿命图；
[0022]图5是本专利技术对比例2中的宽温域低摩擦复合涂层的截面SEM图；
[0023]图6是本专利技术对比例3中的宽温域低摩擦复合涂层的截面SEM图；
[0024]图7a
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图7b是本专利技术一典型实施方案中的宽温域低摩擦复合涂层的结构示意图。
具体实施方式
[0025]鉴于现有技术的缺陷，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，下面将对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发
明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]具体的，作为本专利技术技术方案的一个方面，其所涉及的一种宽温域低摩擦复合涂层包括：依次形成于基体表面的过渡层和VAlN/Ag交替叠层，其中，所述VAlN/Ag交替叠层是由作为支撑层的VAlN层和作为润滑层的Ag层交替层叠形成的纳米多层涂层，且所述VAlN/Ag交替叠层的最外层为Ag层；
[0027]所述VAlN层由晶面指数为(111)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种宽温域低摩擦复合涂层，其特征在于包括：依次形成于基体表面的过渡层和VAlN/Ag交替叠层，其中，所述VAlN/Ag交替叠层是由作为支撑层的VAlN层和作为润滑层的Ag层交替层叠形成的纳米多层涂层，且所述VAlN/Ag交替叠层的最外层为Ag层；所述VAlN层由晶面指数为(111)、(220)的VN物相和晶面指数为(101)的w
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AlN物相构成；所述Ag层由晶面指数为(200)、(220)的Ag物相构成。2.根据权利要求1所述的宽温域低摩擦复合涂层，其特征在于：所述VAlN/Ag交替叠层包含1～5个交替层叠周期层，其中每一交替层叠周期层包含一VAlN层和一Ag层；优选的，每一所述交替层叠周期层中VAlN层的厚度为0.20～0.32μm，Ag层的厚度为0.05～0.15μm。3.根据权利要求1所述的宽温域低摩擦复合涂层，其特征在于：所述VAlN层具有柱状晶结构；和/或，所述Ag层为平滑的纳米层结构。4.根据权利要求1所述的宽温域低摩擦复合涂层，其特征在于：所述过渡层的材质包括钛、钽、铬、铌中的任一者；和/或，所述过渡层的厚度为0.15～0.35μm；和/或，所述宽温域低摩擦复合涂层的厚度为1.1～2.1μm。5.如权利要求1
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4中任一项所述的宽温域低摩擦复合涂层的制备方法，其特征在于包括：提供基体；采用直流反应磁控溅射技术在所述基体表面沉积形成过渡层；以及，采用直流反应磁控溅射复合高功率脉冲磁控溅射技术在所述过渡层表面沉积VAlN/Ag交替叠层，直至形成所述宽温域低摩擦复合涂层。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于具体包括：将基体置于镀膜装置的真空腔体...

【专利技术属性】
技术研发人员：柯培玲，张玉鹏，汪爱英，王振玉，王丽，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：