[发明专利]获取高附着力纳米涂层的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种金属表面处理方法及装置，尤其是一种利用深泠处理和激光诱导冲击制备纳米涂层的方法及装置，具体地说是一种通过超低温恒高压阻碍挤压获取高附着力纳米涂层的方法。

背景技术

目前，纳米涂层材料由于良好的力学性能、导电特性以及其它一些特定功能，在刀具、微电子等领域有着广泛的应用。对于纳米涂层而言，其最理想的状态就是：在得到纳米涂层以后，涂层内部呈现无残余应力或者较低的残余压应力，并能够达到较强的附着力。

然而当前涂层的获取方法主要有：（1）沉积工艺；（2）热喷涂；（3）激光熔覆纳米涂层。

对于沉积工艺而言，当前沉积涂层技术有化学气相沉积法、物理气相沉积法等，如果能够适当降低沉积温度，控制一个沉积的最佳温度，可以提高涂层的附着力。但是，当前的沉积温度都比较高，沉积之后，涂层内的残余热应力非常大，并且无法从根本上解决涂层与基体附着力的问题。如公开号为CN1275637A的专利提出了一种硬质合金工具的金刚石-钴硼化合物耐磨复合涂层及其制备方法，该专利通过化学气相沉积方法在硬质合金表面制备金刚石耐磨涂层，虽然这种方法一定程度上可以提高涂层与基体的附着力，但是也存在着不足：（1）沉积温度为500~1000℃，高温沉积以后涂层内的残余热应力非常大，严重限制了涂层与基体附着力的进一步提高；（2）没有从根本上解决涂层与基体的结合问题，因此附着力仍然不高；（3）沉积工艺复杂。又如专利号为CN102230154A的专利，提出了一种物理气相沉积涂层的方法，该方法是先对反应室进行氮化处理，然后进行等离子体轰击得到涂层。该方法可以制备一定附着力的涂层，但也存在一些不足：（1）物理气相沉积需要在450~480℃下进行，涂层内部会产生较大的残余热应力，使得涂层与基体的附着力较低；（2）沉积工艺复杂。因此，对于化学气相沉积法与物理气相沉积法而言，它们共同的缺点都是：（1）都要在高温下进行沉积，沉积之后，涂层内的残余热应力非常大（1Gpa左右），限制了涂层与基体附着力的提高；（2）没有从根本上解决涂层与基体的结合问题，涂层与基体的附着力很低，通常在20MPa~40MPa之间；（3）沉积工艺十分复杂。

热喷涂是通过外力将细微而分散的金属或非金属的涂层材料以熔化或半熔化状态，沉积到经过制备的基体表面，形成涂层。常见的热喷涂方法有高速火焰热喷涂、等离子热喷涂以及电弧热喷涂。高速火焰喷涂是利用燃料燃烧后的高速火焰将熔化或者半熔化状态的粉末冲击到基体表面，冷却后形成涂层。例如专利号为CN101736279A的专利，提出了一种超音速火焰喷涂自润滑耐磨涂层工艺，该工艺采用超音速火焰喷涂制备了具有一定附着力的涂层，但是也存在一些不足：（1）该方法要求火焰温度高达2900~3100℃，因此涂层内部的残余热应力很大且不均匀，降低了涂层与基体的的附着力；（2）熔化状态的纳米粉末在基体表面冷却沉积，附着力不高；（3）喷涂工艺复杂，火焰温度较高且不易控制。电弧热喷涂是通过电弧产生金属离子，再通过外力将离子喷涂到基体表面，沉积后形成涂层。如专利号为92105630的专利提供了一种采用电弧热喷涂工艺在金属表面制备氮化钛涂层的方法，通过电弧产生金属离子，再通过电弧喷涂枪将离子喷涂到基体表面沉积形成涂层。这种方法虽然可以制备一定附着力的涂层，但还存在以下缺点：（1）需要较高的处理温度，导致涂层内的残余热应力较大，降低涂层与基体的附着力；（2）涂层与基体的附着力较小，无法应用于较恶劣的使用环境；（3）电弧产生的离子密度不易控制，且工艺比较复杂。

激光熔覆纳米涂层，是利用激光产生的高温，将纳米粉末以及基体表面熔融，从而形成涂层。例如专利号为CN1807685A的专利，提出了一种金属表面的纳米涂层工艺，该工艺是利用激光熔覆技术将基体与纳米粉末在惰性保护气体中熔融，冷却以后得到一定附着力的涂层。这种方法可以获得一定附着力的涂层，但是也存在着一些缺点：（1）基体表面温度较高，残余热应力较大，降低涂层与基体的附着力；（2）熔覆过程中，易产生气泡和裂纹，降低涂层的使用性能。