[发明专利]一种织构化硬/软复合薄膜的制备方法

说明书

本发明提供了一种织构化硬/软复合薄膜的制备方法，属于表面处理及摩擦磨损防护技术领域，本发明将喷砂处理、阳极氧化和射频溅射相结合制备出具有良好织构纹理的硬/软复合薄膜。本发明制备的具有织构化的复合薄膜可以提高复合薄膜和基体的结合强度；还可以收集捕获摩擦过程中产生的磨屑颗粒，防止磨屑颗粒在滑动过程中对摩擦副表面发生刮擦、损伤，减少磨损，延长运动部件的使用寿命。实施例的数据表明：在法向载荷3N、真空环境压强≤1.3×10^‑3Pa、转速1000r/min、对偶为Φ8mm的G10级9Cr18钢球的试验条件下，本发明制备的织构化硬/软复合薄膜的平均摩擦系数为0.02～0.05，摩擦寿命大于350min。

技术领域

本发明涉及表面处理及摩擦磨损防护技术领域，尤其涉及一种织构化硬/软复合薄膜的制备方法。

背景技术

近年来，先进的表面工程技术受到越来越多人的关注，该技术可以改善摩擦副材料的表面性能，同时又能实现润滑条件的改善，特别适合航空航天等领域一些特殊工况条件下运动部件的润滑和防冷焊处理，现已成为研究和解决摩擦磨损问题的主要研究方向之一。而在摩擦副表面通过气相方法沉积制备润滑薄膜是一种重要途径。为改善摩擦副的服役寿命，通常在其表面制备耐磨涂层以提高其表面硬度，增强运动部件的耐磨损性能。同时，对材料表面进行织构化处理也可提高机械运动部件表面的摩擦学性能，有效降低被保护部件在摩擦过程中的磨损。

目前，国内外关于膜层的优化设计与表面织构化相结合的技术在摩擦学方面的研究已有较多报道，通过对现有技术检索发现，主要集中在对耐磨涂层进行掩膜处理、激光处理及离子刻蚀等。

中国专利201210005814.5报道了一种微/纳织构化类金刚石-离子液体复合薄膜的制备方法，主要是采用感应耦合等离子刻蚀技术在硅片表面获得微/纳织构化规则形貌，然后通过溅射气相沉积技术，在硅片表面获得织构化类金刚石薄膜。

中国专利201310021922.6报道了一种采用激光表面织构技术对活塞环表面的硬质涂层进行织构化处理，然后在织构化表面制备软质涂层，以减少活塞环的磨损。但是这些技术在应用中由于能量高，易引起材料的热效应从而改变材料机械性能，并且制作成本高，操作复杂，制备效率低，增加了工艺技术的难度，使得该技术在实际工程应用中存在一定的技术局限性。

因此，该领域急切需要寻求一种成本低廉、制备工艺简单且摩擦学性能优异的表面改性技术。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种织构化硬/软复合薄膜的制备方法，本发明提供的制备方法工艺简单、制备效率高，且制备出了具有良好凹坑织构的硬/软复合薄膜，达到改善摩擦副摩擦学性能的效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种织构化硬/软复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)在工件表面制备硬质涂层；

(2)对所述硬质涂层进行喷砂处理，得到喷砂硬质涂层；

(3)对所述硼喷砂硬质涂层进行阳极氧化处理，形成织构化硬质涂层；

(4)在所述织构化硬质涂层上射频溅射软质薄膜，得到所述织构化硬/软复合薄膜。

优选地，所述硬质涂层的材质包括TiAlN或TiN；所述硬质涂层的厚度为0.4μm～6μm。

优选地，所述喷砂处理使用的喷砂材料包括玻璃微球、无规则形状的钢砂、无规则形状的碳化硅和无规则形状的刚玉中的一种或几种；所述喷砂材料的粒径为100～400目。

优选地，所述喷砂处理的压力为5～30psi。

优选地，所述阳极氧化处理所用电解液的溶质包括硫酸及其盐、磷酸及其盐、草酸及其盐中的一种或几种。