[发明专利]一种高温耐磨自润滑TiB2基涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明属于表面处理防护领域，公开了一种高温耐磨自润滑TiB₂基涂层及其制备方法和应用。所述TiB₂基涂层是将x元素和y元素固溶在TiB₂晶体中，所述x元素为钇或镧；所述y元素为钒、钼或钨。本发明通过在TiB₂基涂层中同时引入x金属元素和y金属元素，涂层表面具有抗粘结、高温自润滑等功能，降低TiB₂涂层刀具在高速切削钛合金时的摩擦磨损和金属粘着，使得涂层更适用于更苛刻的应用环境，实现更佳的表面防护效果。

技术领域

本发明属于表面处理防护技术领域，更具体地，涉及一种高温耐磨自润滑TiB₂基涂层及其制备方法和应用。

背景技术

TiB₂是一类过渡族金属硼化物，具有一系列优异的物化性能，比如高的红硬性、高熔点、高的耐磨性和耐腐蚀性、优异的化学稳定性和惰性，使得TiB₂涂层在很多高温恶劣环境下具有巨大潜在应用优势，如钛合金切削、高温热压成形等方面。但TiB₂涂层在高温环境易与氧反应，生成B₂O₃和TiO₂等氧化产物。TiO₂结构疏松，性能差；B₂O₃熔点低，高温易挥发，这使得TiB₂涂层高温摩擦磨损性能较差，极大限制了其在实际工业上的应用。对工模具表面硬质保护涂层，对涂层要求一方面在高温下能起到润滑作用，降低摩擦系数；另一方面要求涂层具有很高的强韧性，能抵御磨损，延长零件使用寿命。这就要求涂层在高温下能保持很高的结构稳定性，维持机械强度，同时在摩擦过程中能在表面能形成软性的润滑层，降低摩擦系数，降低能耗。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足和缺点，本发明提供了一种高温自润滑TiB₂基涂层。

本发明的另一目的在于提供一种上述高温自润滑TiB₂基涂层的制备方法。

本发明的再一目的在于提供上述高温自润滑TiB₂基涂层的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种高温耐磨自润滑TiB₂基涂层，所述TiB₂基涂层是将x元素和y元素固溶在TiB₂晶体中，所述x元素为钇或镧；所述y元素为钒、钼或钨。

优选地，所述x元素含量为0.5～10％、y元素含量为0～5％，其余含量为TiB₂晶体。

所述的高温耐磨自润滑TiB₂基涂层的制备方法，包括以下具体步骤：

S1.用酒精超声清洗基体，再用去离子水漂洗，干燥压缩氮气吹干；

S2.将基体置于真空室的工件支架上，真空室抽真空至真空度6.0×10^–3～5.0 ×10^–3Pa，开启离子源，向离子源通入120sccm氩气，设置离子源功率1～2kW，设置工件支架偏压为800～1000V，工作时间为20～40min分钟进行离子束刻蚀；

S3.向真空室通入氩气，同时开启离子源和三个磁控溅射源，其中一个磁控溅射源装载TiB₂靶材，另两个磁控溅射源装载金属靶材A和金属靶材B；控制真空室整体气压为0.4～0.6Pa；设置磁控溅射功率1kW～2kW；将基体的偏压设置为60～80V，沉积时间为3～4小时，沉积得高温耐磨自润滑TiB₂基涂层；

S4.关闭电源，待真空室的温度降至室温，打开真空室取出基体，在基体表面形成高温耐磨自润滑TiB₂基涂层。