[发明专利]Ni-P-金刚石-TiAlN耐磨减磨复合涂层及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Ni-P-金刚石-TiAlN耐磨减磨复合涂层及其制备方法。

背景技术

近10年来，硬质涂层技术受到了越来越多的关注和研究，其中，最典型的两类涂层是以TiAlN涂层为基础的超硬涂层（硬度大于40GPa）和金刚石涂层。目前，TiAlN涂层由于具有内应力较小、高硬度和良好的抗高温氧化性能，被广泛应用于机械加工行业。以TiAlN涂层为基础的超硬涂层，如TiAlSiN涂层，虽然其硬度高，但是其内应力大、摩擦系数大（室温摩擦系数通常大于0.7）、韧性差，不符合现代绿色机械加工的要求，实际应用也很少，多数处于实验室研究阶段。金刚石涂层由于具有极高的硬度和极小的摩擦系数，广泛应用于低速机械加工领域，但由于金刚石涂层本身脆性大，在高温下很容易发生氧化，故金刚石涂层不能应用于高速机械加工或高进刀量机械加工，机械加工效率低，不符合现代机械加工高效率的基本要求。

化学复合镀工艺具有镀层生长速度快、与基材结合性能优良、所得镀层性能稳定等特点。近几年来，化学复合镀Ni-P-金刚石复合镀层受到人们的广泛关注，该涂层具有摩擦系数小、耐磨性能显著优于高速钢等特点。但是，由于Ni-P合金镀层强度低、易发生变形、金刚石颗粒与Ni-P镀层结合强度较弱等原因，Ni-P-金刚石复合镀层在磨损过程中，容易引起大量的金刚石颗粒从复合镀层中剥离，堆积在磨损界面上，加剧复合镀层本身的磨损，同时使摩擦系数上升，使复合镀层的耐磨性能下降。因此，如何开发出生产成本低、高硬度、高寿命的涂层无疑对生产和科研意义重大。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种Ni-P-金刚石-TiAlN耐磨减磨复合涂层及其制备方法，它具有耐磨性高、寿命高，生产工艺简单的优点。

本发明是这样来实现的，首先采用光亮化学复合镀的方法制备Ni-P-金刚石复合镀层，使其P、金刚石和Ni含量分别为5-10wt%、10-20wt%和70-85wt%，镀层厚度为10-20微米，所用金刚石微粒的直径5-10微米，然后在该Ni-P-金刚石镀层表面用电弧离子镀的方法沉积TiAlN涂层，使该TiAlN层的厚度为5-10微米，Ti、Al和N含量分别为47-62wt% 、15-25wt%和 24-27wt。

本发明的技术效果是：本发明耐磨性高、寿命高，在使Ni-P-金刚石-TiAlN复合涂层在与45号钢长时间摩擦磨损的过程中，摩擦系数始终保持在0.2以下，磨损寿命是常规Ni-P-金刚石化学复合镀层的2-5倍以上。并且本发明制备方法简单，成本低，具有非常好的推广应用价值。

附图说明

图1为本发明的Ni-P-金刚石复合镀层的表面形貌图。

图2为本发明的Ni-P-金刚石-TiAlN复合涂层的表面形貌图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做详细阐述：

实施例1

在实践生产中，在高速钢W6Mo5Cr4V2上制备Ni-P-金刚石-TiAlN复合涂层，其具体的工艺和过程如下：

    1）前处理：将W6Mo5Cr4V2高速钢钢板切割成20mm×20mm×3mm的试样，试样的中上部钻直径为3mm的通孔，试样经粗磨、细磨和抛光处理，使其表面粗糙度小于0.5微米；

2）化学光亮复合镀Ni-P-金刚石复合镀层：其配方和工艺条件为：硫酸镍25 g/L，次亚磷酸钠24 g/L，乳酸25 ml/L，硼酸10 g/L ，乙酸钠20 g/L，EDTA（表面光亮剂）0.05g/L，金刚石 25g/L，金刚石微粒直径5-10微米，pH 值 4.6-5，温度 85～90 ℃，机械搅拌速度 750 r/ min，时间60min，Ni-P-金刚石复合镀层厚度约12微米，其中P、金刚石和Ni含量分别为6wt%、12wt%和82wt%；

3）电弧离子镀TiAlN涂层：其工艺条件如下：N₂分压1.0Pa，Ar分压0.5Pa，弧电流是60A，温度150℃，时间是50min，偏压-650V，占空比30%，所用靶材Al含量为20wt%的TiAl合金靶，TiAlN涂层厚度约5微米，其中Ti、Al和N含量分别为60wt% 、16wt%和 24wt%；

经试验检验，所制备的Ni-P-金刚石-TiAlN复合涂层，摩擦系数始终保持在0.18以下，并且使用寿命是常规Ni-P-金刚石化学复合镀层的2.3倍。

实施例2