[发明专利]一种煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层及其制备方法

权利要求书

1. 一种煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层，其特征在于：所述纳米涂层为复合纳米涂层，包括从下到上依次沉积于截齿齿体表面的金属Ti层、TiAlN过渡层、TiSiN /TiAlSiN支撑层以及AlCrSiN耐磨层，所述TiSiN /TiAlSiN支撑层为TiSiN 和TiAlSiN的调制纳米多层渐变结构，调制周期为4nm ~7nm，所述复合纳米层的总厚度为4um~8um，其中金属Ti层的厚度为40nm ~350nm、TiAlN过渡层的厚度为1um~2.65um、TiSiN /TiAlSiN支撑层的厚度为1.5um ~3um、AlCrSiN耐磨层的厚度为1.46um ~2um。

2. 根据权利要求1所述的煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层，其特征在于：所述AlCrSiN耐磨层中，按原子数百分比计，包括 Al30％ ～ 41％、Cr6％ ～ 18％、 Si 3％～ 14％、N27％ ～45％以及其他合金元素 0.5％ ～2％。

3.根据权利要求2所述的煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层，其特征在于：所述合金元素选自C、H、O、B、Fe、Y中的一种或多种。

4.根据权利要求1~3中任一项所述的煤矿采煤机截齿用高硬度高耐磨纳米涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤:

（1）用电子高倍显微镜检查待涂层截齿的质量和表面状况，确保无次品进入生产线，所述待涂层截齿的材质为42CrMo；

（2）将待涂层截齿表面的油污、氧化膜等用砂纸或砂轮机打磨去除，后将其放入盛有无水乙醇的超声仪中，向无水乙醇中加入碱性清洗剂，进行超声波清洗300S，然后用吹风机吹冷风将其完全干燥；碱性清洗剂是由如下重量份的原料配制而成：氢氧化钠5~10份、碳酸钠10~15份、乙二胺四乙酸盐类四钠 1~3份、脂肪醇聚氧乙烯醚1~3份、去离子水300~500份；

（3）利用全自动喷砂设备进行表面喷砂钝化处理：将经过加速的磨料颗粒向截齿外表面撞击，改变截齿外表面的光洁度和应力状态；全自动喷砂设备为三维旋转式喷砂设备，喷嘴与截齿表面之间的距离为20cm ~30 cm，喷射方向与截齿表面法线的夹角为30^o~45^o，喷射的压力为0.5 MPa ~0.8MPa，喷砂设备喷出的砂子的粒径小于5mm；

（4）金属Ti层的制备：将经过表面喷砂钝化处理后的截齿置于真空炉中，抽真空至1.2×10^-2 Pa ~6×10^-1Pa，加热炉体至炉内温度达到500℃，然后向炉体内通入Ar使炉内压升至1.5Pa ~2Pa，打开金属Ti靶，在截齿表面沉积金属Ti层，金属Ti层的厚度为40nm ~350nm，对截齿表面轰击时间为10min ~25min，电流为2 A～5A，偏压保持-300 V～-500V；

（5）TiAlN过渡层的制备：向真空炉中通入N₂使压力升至2.5 Pa，开启TiAl合金靶，在金属Ti层表面沉积TiAlN过渡层，TiAlN过渡层的厚度为1um ~2.65um，沉积时间为30min ~50min，偏压保持50 V~100V，衬底温度为 200℃ ~500℃；

（6）TiSiN /TiAlSiN支撑层的制备：向真空炉中继续通入N₂使压力升至3 Pa，开启TiSi靶和TiAlSi靶，在TiAlN过渡层表面沉积TiSiN /TiAlSiN支撑层，TiSiN /TiAlSiN支撑层的厚度为1.5um ~3um，偏压保持80V~150V，衬底温度为300℃~500℃，沉积时间为 90min~120min；

（7）AlCrSiN耐磨层的制备：开启 AlCr 和 AlCrSi 合金靶，在TiSiN /TiAlSiN支撑层表面沉积AlCrSiN耐磨层，AlCrSiN耐磨层的厚度为1.46um ~2um，控制电弧电压为 20V~60V，电弧电流为 50A ~90A，通入N₂，保持真空度为1.5Pa ~3Pa，负偏压为70 V~140V，衬底温度 300℃~500℃，沉积时间为75min ~110min。