[发明专利]金属表面复合涂层制作方法

说明书

技术领域

本发明属于金属表面处理领域，特别是涉及一种具有高硬度、耐磨性及润滑性好的复合涂层制作方法。

背景技术

近期为了延长模具、机械配件、工具等的寿命,不断的开发并使用各种涂层以及表面改良方法，特别是为满足产业中多样化的特性和环境因素等相关的方法。

保护性能的涂层制作，有湿式法的镀硬铬和干式法的金属氮/碳化物等，镀硬铬常应用在需要耐腐蚀，耐磨的零件上。例如：活塞环、阀门、泵、模具、机械配件、工具类、装饰用品等。

已开发在真空状态下利用干式法附着二硫化钼MoS2的方法，但有设备操控复杂，投资比较高，生产管理难等问题。

制作涂层有很多方式，湿式法的镀硬铬，在镀硬铬时会产生多种有害废弃物污染环境，因而渐渐限制使用此方法，现代产业中较多使用无污染技术的干式法。

干式法分为物理气相沉积(简称PVD)和化学气相沉积(简称CVD)。物理气相沉积方式分为电弧法ARC、喷溅法、电子束等方式，化学气相沉积CVD分为热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积法、激光化学气相沉积等。用以上等方式形成的涂层在本发明多可以投入使用。本发明应用物理气相沉积内的电弧方式即电弧式物理气相沉积,简称ARC PVD。

涂层是通过用主材料的靶材和反应气体形成涂层。根据使用环境选择不同的涂层。例如使用铝钛合金靶材和反应气体氮气来制作高硬度、耐热性800℃优良的氮化铝钛TiAlN涂层。使用铬靶材和氮气形成耐烧着、高润滑的氮化铬涂层CrN。如此类方式可形成很多种涂层如氮碳化钛TiCN, 氮碳化铝钛TiAlCN, 氮碳化铬CrCN, 氮化硅钛TiSiN, 氮化硅铬CrSiN等…在本发明中均可使用。

干式法的涂层质量好坏根据涂层的硬度，润滑性，母材(即产品)与涂层之间密着性来判定。涂层硬度高，润滑性差时与被加工材料之间摩擦增加，导致涂层容易脱落。相反润滑性好，硬度低时，因被加工材料容易产生划痕而缩短寿命。因此硬度、润滑性、密着性三要素综合起来较好的涂层才能说得上是质量好的涂层。

固体润滑剂也有很多种，如聚四氟乙烯PTFE, 二硫化钼MoS2,

二硫化钨WS2,石墨等，它们的摩擦系数在0.05～0.10润滑性能非常好。虽摩擦系数低，但固体润滑剂的附着性不好，因此很容易从摩擦面脱落。一旦脱落就无法发挥润滑效果。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种具有高硬度、耐磨性及润滑性高的复合涂层制作方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

本发明金属表面复合涂层制作方法，包括以下步骤：

1、工件表面研磨和抛光步骤；

2、工件清洗步骤；

3、工件离子氮化步骤；

4、工件敷着涂层步骤；

5、工件涂层表面控制处理步骤；

6、工件清洗步骤；

7、在涂层上蒸着固体润滑剂敷层步骤；

8、产品烘干及加热固化步骤。

所述工件表面研磨和抛光步骤中，工件用空压研磨工具使用砂纸按照120#-220#-320#-400#顺序研磨后，再使用混合好的橄榄油和金刚石粉末进行抛光。

所述工件清洗步骤中，清洗设备是3槽式超声波清洗机：超声波槽，浸泡槽，蒸汽槽，使用三氯乙烯清洗液，先加热超声波槽中的清洗液，温度为40℃时将工件浸泡10～30分钟，然后工件移动到浸泡槽浸泡10～30分钟，浸泡槽使用三氯乙烯清洗液，再移动到蒸汽槽，该槽中是三氯乙烯清洗液，加热到84℃～90℃时蒸发，用蒸汽清洗工件表面。

所述工件离子氮化步骤中，将工件装入离子氮化炉内，炉内抽真空，真空度为0.3托Torr以下，然后用电阻加热器加热，加热至温度为400℃～500℃，投入氩气Ar和氢气H2气体，真空度为0.5～0.8 托,打开偏压电源，附加-700V电压后，利用离子进行1～2小时的表面异物质清除之后，投入氮气N2和氢气H2，气体真空度为1.5～2.0 托, 电压 -380V处理8～12小时的离子氮化,处理结束后在炉内真空条件下降温,降到150℃后出炉。