[发明专利]一种含Ag纳米粒子梯度耐磨涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种含Ag纳米粒子梯度耐磨涂层的制备方法，为Ti材料表面上含Ag纳米粒子梯度耐磨涂层的制备方法。该方法主要包括Ti材料的再结晶退火、表面机械研磨处理、磁控共溅射、热氧化。本发明通过具有良好润滑和韧性的Ag纳米粒子和高硬度的TiO₂的结合获得具有高韧性和高硬度的耐磨表层，同时通过设计并获得的梯度涂层有效改善涂层与金属基体之间界面应力、提高了涂层与基体的结合，从而使Ti材料的摩擦磨损性能得到明显提高。

技术领域

本发明涉及一种耐磨涂层的制备方法，特别涉及Ti材料表面一种含有Ag纳米粒子的梯度耐磨涂层的制备方法，属于表面改性领域。

背景技术

Ti材料因其低密度、高比强度、优异的抗腐蚀性、耐高温、无磁性、生物相容性好等特点，在航空航天、海洋工程、石油化工、医疗、体育运动器具等领域的应用日益广泛。但是Ti材料耐磨性较差、易擦伤及粘附限制了其推广应用。对Ti材料进行表面改性以增强其耐磨性成为该领域的一个研究热点。

涂层与基体之间的界面结合力对涂层的寿命至关重要，为降低界面应力，设计一系列的结构呈现梯度变化的多层界面构成的梯度涂层是目前的一个研究热点。

中国专利公开号CN104480464A，公开日2015年4月1日，发明创造的名称为一种在Ti合金表面激光熔覆Ti-Si梯度耐磨涂层的方法。该申请案公开了一种在Ti合金表面制备Ti-Si梯度耐磨涂层的方法，在Ti材料表面自下而上依次激光熔覆单相αTi打底层→亚共晶Ti-Si中间层→过共晶Ti-Si表面层形成三层涂层结构。通过梯度涂层中Si含量的逐渐增加使涂层中的Ti₅Si₃硬质相析出量呈现梯度变化，降低涂层与Ti合金基体之间的热物理相容性和组织应力，从而达到降低涂层开裂倾向，提高梯度涂层整体韧性和与基体结合力的效果。其不足之处在于该方法主要是依靠高硬度的脆性Ti₅Si₃硬质相来增强Ti材料的耐磨性，但是在服役条件下，尤其是大载荷条件下，脆性增强相容易开裂而导致涂层失效。

中国专利公开号CN105648499A，公开日2016年6月8日，发明创造的名称为一种Ti合金表面梯度减摩耐磨涂层及其制备方法。该申请案公开了一种Ti合金表面梯度减摩耐磨涂层的制备方法：首先，通过等离子体电解氧化处理获得间隙分布超高分子量聚乙烯微粒的氧化陶瓷涂层；其次，采用提拉成膜在氧化陶瓷表面制备一层超高分子量聚乙烯膜从而在Ti合金表面获得由两层涂层组成的梯度涂层。氧化陶瓷涂层的放电孔中，均匀布满了超高分子量聚乙烯微粒，氧化陶瓷涂层的陶瓷相与超高分子量聚乙烯涂层完全融合，保证了涂层既有较高的硬度，又有很低的摩擦系数，耐磨性能大幅提高。该方法的不足之处在于，在摩擦过程中尤其是大载荷的干摩擦条件下，接触区由摩擦热引起的瞬间温升(闪温)很高，在超过聚乙烯熔点(～130℃)时很容易导致涂层失效。

前人研究成果表明，贵金属Au、Ag、Pd等的纳米粒子具有良好的润滑性能，有效降低了基体材料的磨损速率(S.W.Zhang,L.T.Hu,H.Z.Wang,D.P.Feng,TribologyInternational,55(2012)1-6.)。贵金属在宽的温度范围内具有低剪切强度、良好的热化学稳定性及抗氧化性，即使在高温环境下也保持了良好的润滑性能；而传统的润滑材料如石墨、MoS₂材料在350℃以上发生快速氧化而失效(C.P.Mulligan,D.Gall,Surface andCoatings Technology,200(2005)1495-1500.)。Au、Ag在碳化物、氮化物、氧化物、金属合金中均具有良好的润滑性能。(C.P.Mulligan,T.A.Blanchet,D.Gall,Wear,269(2010)125-131.)。