[发明专利]钢工件表面上沉积功能梯度纳米多层涂层的方法以及包含所述功能梯度纳米多层涂层的制品

说明书

技术领域

本发明涉及一种在钢工件表面上沉积功能梯度纳米多层涂层的方法以及在 钢工件表面上沉积的所述功能梯度纳米多层涂层。本发明还涉及一种制品，该 制品包含所述钢工件和沉积在所述钢工件表面上并覆盖至少一部分所述钢工件 表面的所述功能梯度纳米多层涂层。

背景技术

在钢工件，尤其是不锈钢工件表面上形成耐磨耐蚀抗氧化涂层的传统方法 是在其表面电镀硬铬，但是电镀时产生的六价铬会严重污染环境，所以逐渐被 真空离子镀(IonPlating)覆氮化物涂层取代。CrN(氮化铬)涂层由于具有硬 度高、韧性好、耐磨性佳、内应力低、抗氧化性良、耐腐蚀性好以及化学稳定 性好等优点；并且相对一般TiN涂层，其摩擦系数更低且耐蚀性更好，具有良 好的耐磨性和耐冲击性，因此氮化铬离子镀膜工艺研究备受关注(参见例如： CengizOner等人，SurfacePropertiesofCrNCoatedEngineCylinders,[J]Materials andDesign,2009,30:914-920；EssenPvan等人，ScratchResistanceandWearof CrNxCoatings[J]Surface&CoatingsTechnology,2006,200:3496-3502；JagielskiJ 等人，EffectofChromiumNitrideCoatingontheCorrosionandWearResistanceof StainlessSteel[J]AppliedSurfaceScience,2000,156:47-64；BayonR等人， Corrosion-WearBehaviorofPVDCr/CrNMultilayerCoatingsforGearApplication [J]TribologyInternational,2009,42:591-599；张栋等人，离子束辅助磁控溅射沉 积CrNx薄膜结构以及力学性能研究，真空科学与技术学报，2013,33(12): 158-162)。阴极电弧离子镀具有靶材离化率高，膜基结合力强等优点，但其沉 积过程中会产生很多大颗粒，影响薄膜的表面粗糙度。磁控溅射具有成膜粗糙 度小、无大颗粒、光滑均匀的特点。然而，反应磁控溅射无论是反应气体还是 金属靶材的离化率都不高，获得薄膜往往孔洞和缺陷较多，容易导致膜层结构 不够致密且耐蚀性较差。目前，主要采用两种技术来去除大颗粒污染，一是改 进电弧源，尽量减少阴极靶所发射液态颗粒的数量及尺寸；二是在传输过程中 对液态颗粒进行磁过滤(参见例如：CollBF等人，Designofvacuumarc-based sources[J]SurfaceandCoatingsTechnology,1996,81(1):42-51)。磁过滤真空阴 极弧沉积(FilteredCathodicVacuumArcDeposition)即通过磁场引导等离子体绕 开障碍物，而大颗粒却因呈电中性而撞在障碍物上，进而实现去除大颗粒，从 而避免薄膜中“大颗粒”问题的出现(参见例如：杨发展等人，直管磁过滤弧离子 镀CrN涂层改善304不锈钢表面性能研究[J]，真空科学与技术学报，2011, 31(1):67-70)。但是，磁过滤真空阴极弧沉积镀膜效率低的技术缺陷限制了其商 业化推广应用；并且，过滤不彻底的大颗粒很容易被管壁反弹造成靶材和腔体 污染等。