[发明专利]具有自润滑和耐磨性能的AlCrN/MoS

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磁控复合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，可以显著增强基体的抗磨损能力，具有较好的化学稳定性，且磨屑易转移至摩擦界面形成润滑膜。

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

随着现代工业迅速发展，各种难加工材料日益增多，对刀具切削性能不断提出更高要求，刀具表面施加涂层是一种有效提高刀具寿命的方法。传统二院氮化物涂层刀具在切削时存在切削温度高、摩擦系数大及刀具易磨损等缺点，严重限制其应用。目前，刀具涂层成分逐渐向多组元发展，多元硬质涂层具有硬度高、耐磨性能好等优点，能够显著提高刀具使用寿命和工件表面加工质量。例如在CrN涂层中加入Al元素能够形成(Al,Cr)N固溶相，起到固溶强化作用，另摩擦过程中涂层表面可形成(Al₂,Cr₂)O₃保护层，能够阻止外界O元素向涂层内部扩散，显著提高涂层的热稳定性和抗氧化能力，最高耐热温度高达900℃。

AlCrN涂层具有硬度高、耐磨性好及耐热能力强等优点，但在切削高温合金等难加工材料时，由于摩擦严重常导致切削温度升高，降低刀具使用寿命。固体润滑剂MoS₂具有典型的层状结构，层内原子通过强共价键结合，而层与层之间通过范德华力相结合，层间容易产生滑移，故具有较低的摩擦系数。若将适量MoS₂掺杂于AlCrN涂层，制备AlCrN/MoS₂复合涂层，可充分发挥两种材料各自优点，有望实现自润滑功能，应用于刀具表面能够满足干切削、高温、高速切削等工况，提高刀具使用寿命和加工效率。

MoS₂薄膜常见的制备方法有离子镀法、有机粘结法及复合镀渗等，但这些方法都有一定的局限性。近年来新兴的高功率脉冲磁控溅射(HiPIMS)技术依靠瞬时电流密度高(0.5～10kW/cm²)，占空比低(0.5～5％)等优势来实现高金属离化率(＞50％)，可制备出表面光滑致密的高质量涂层。但真空室放电严重、沉积速率低(一般为脉冲直30％～80％)仍是HiPIMS技术尚未解决的难题，若采用复合脉冲直流磁控溅射技术，可有效弥补上述缺点，制备性能优异的薄膜。

本发明采用高功率脉冲与脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术沉积AlCrN/MoS₂自润滑复合薄膜，赋予刀具更高硬度、良好的耐热能力和耐磨性能，适用于现代高速干切削领域，进一步提高刀具使用寿命和加工效率。

发明内容

本发明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，可以显著增强基体材料的耐磨性能，具有良好的化学稳定性，且磨屑易转移至摩擦界面形成润滑膜。

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纳米复合薄膜制备方法，该方法是采用高功率脉冲与脉冲直流磁控溅射复合镀膜技术沉积AlCrN/MoS₂纳米复合薄膜，具体包括如下步骤：