[发明专利]具有自润滑和耐磨性能的AlCrN/MoS2纳米复合薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有自润滑和耐磨性能的AlCrN/MoS₂纳米复合薄膜及其制备方法，属于薄膜技术领域。采用高功率脉冲与脉冲直流复合磁控镀膜技术在刀具基体上制备了AlCrN/MoS₂纳米复合薄膜，沉积过程中，调整偏压至‑50～‑150V，然后通入N₂和Ar的混合气体；工作气压保持在0.5～1.0Pa，AlCr靶功率保持为0.5～1.0kW，MoS₂靶功率为0.05～0.3kW，沉积后获得所述AlCrN/MoS₂纳米复合薄膜。所制备的AlCrN/MoS₂复合薄膜具有优良的润滑性能，可以显著降低基体材料的磨损，具有较好的化学稳定性且剥层易转移等特性。

技术领域

本发明涉及薄膜技术领域，具体涉及一种具有自润滑和耐磨性能的AlCrN/MoS₂纳米复合薄膜及其制备方法。

背景技术

现代制造业的快速发展对硬质薄膜的要求越来越高，传统二元CrN薄膜刀具在切削过程中存在切削温度过高、摩擦系数较大及刀具磨损量较大等缺点限制其应用。因此，薄膜逐渐向多元薄膜发展，而多元硬质薄膜具有高耐磨性能及低摩擦系数，能够提高薄膜刀具的切削寿命以及工件表面加工质量，能够被广泛应用于金属零部件及模具等加工方向，因此在CrN薄膜中加入Al元素能够形成(Al,Cr)N相固溶体，起到固溶强化作用，通过薄膜表面形成(Al₂,Cr₂)O₃保护层，能够起到阻止外界O元素向薄膜内部扩散与析出，提高AlCrN薄膜的氧化温度至900℃，有利于提高薄膜的热稳定性和抗氧化性，使薄膜的高温抗氧化性显著增强。

AlCrN薄膜具有高硬度及优异的高温抗氧化性，但从摩擦学的观点，理想的表面涂层应该是既有高硬度又可实现低摩擦。在最近几年里，低摩擦和高硬度涂层受到愈来愈广泛的重视。

MoS₂是一种传统的固体自润滑材料，具有很低的摩擦系数及与金属良好的结合能力等，长期以来一直受到人们的重视。目前MoS₂一般直接涂敷于零件表面使用，最新的将固体润滑剂MoS₂涂敷在零件表面的方法有：(a)动涂膜法，把要涂膜的零件放入盛有金属球的滚筒中，加入固体润滑剂粉末,然后在温度为120～150℃、振幅为1.5mm、频率为40Hz下，将旋转着的滚筒振动30～60min；(b)离子涂膜法，在拟涂膜的摩擦表面，通过抽气、溅射蚀刻、化学反应、扩散和蒸发等的物理嵌入等几个过程，在蒸发源与被涂膜零件表面之间加上3～5kV的直流电压、在辉光放电中进行操作；(c)在蒸发源与被涂膜零件表面之间加上3～5kV的直流电压、在辉光放电中进行操作。但上述涂擦或粘结方式涂敷的膜层，具有成分厚度均匀性差、与基体结合力弱等不足，且都是单一的MoS₂膜涂敷于零件表面。

为进一步提高AlCrN薄膜刀具的耐磨损性能，使刀具更适于切削等恶劣的加工条件，本发明拟采用高功率脉冲与脉冲直流复合磁控镀膜技术在刀具基体表面制备AlCrN/MoS₂自润滑复合薄膜，并使复合薄膜具有较高的硬度、抗高温氧化性能和超润滑耐磨性能，使其适用于现代高速干切削加工领域，进一步提高刀具的切削寿命与加工效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自润滑和耐磨性能的AlCrN/MoS₂纳米复合薄膜及其制备方法，所制备的AlCrN/MoS₂复合薄膜具有优良的润滑性能，可以显著降低基体材料的磨损，具有较好的化学稳定性且剥层易转移等特性。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有自润滑和耐磨性能的AlCrN/MoS₂纳米复合薄膜的制备方法，该方法是采用高功率脉冲与脉冲直流复合磁控镀膜技术在刀具基体上制备AlCrN/MoS₂纳米复合薄膜，该制备方法具体包括如下步骤：