[发明专利]利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法

说明书

本发明涉及一种利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法，该方法是指：将抛光好的基材经超声清洗、N₂干燥后，得到干燥的样品；所述干燥的样品转移至真空腔中，抽真空至9.8×10^‑4 Pa后，先采用脉冲负偏压进行Ar气体离子轰击，再在氩气和二氧化碳气体混合气氛下，以Ti靶进行直流脉冲磁控溅射沉积，即得TiCxOy涂层。本发明成本低、能耗低，所得涂层具有硬度高、摩擦系数低、耐腐蚀性能优异的特点。

技术领域

本发明涉及表面技术与防护领域，尤其涉及利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法。

背景技术

由二氧化碳等温室气体引起的全球变暖问题已成为自然生态环境和人类社会所面临的最严峻挑战之一。从二十世纪七十年代到2005年，大气中平均二氧化碳浓度从280ppm增加到了380 ppm。每过十年，大气中二氧化碳浓度大幅度升高。因此，有效利用CO₂从而降低其浓度是一个非常紧迫的问题。

虽然二氧化碳的分离和固化目前已有许多方法，比如通过非均相材料将CO₂进行电催化或光催化转化为CH₄及通过催化剂将二氧化碳用氢气还原为甲醇等。但是，把二氧化碳固化技术与降低摩擦结合起来，减少能源损耗却鲜有报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、能耗低的利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法。

为解决上述问题，本发明所述的利用二氧化碳制备高硬减摩耐蚀TiCxOy涂层的方法，其特征在于：将抛光好的基材经超声清洗、N₂干燥后，得到干燥的样品；所述干燥的样品转移至真空腔中，抽真空至9.8 × 10^-4 Pa后，先采用脉冲负偏压进行Ar气体离子轰击，再在氩气和二氧化碳气体混合气氛下，以Ti靶进行直流脉冲磁控溅射沉积，即得TiCxOy涂层。

所述基材是指单晶硅（100）、不锈钢、轴承钢、齿轮钢中的一种。

所述超声清洗是指依次用丙酮、无水乙醇、蒸馏水经超声波清洗5~15min。

所述离子轰击的条件是指腔内气压为5.0Pa，脉冲负偏压强度为-1000V，占空比为60%，频率为60KHz，轰击时间为30min。

所述氩气和二氧化碳气体混合气氛是指氩气体积流量为50 sccm，CO₂体积流量为10 sccm。

所述直流脉冲磁控溅射沉积的条件是指气压为1.0Pa，脉冲偏压为-100V，占空比为60%；靶电流为0.65A~1.25A，脉冲占空比60%，沉积时间为60min。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明以CO₂为碳源制备TiCxOy涂层，通过把CO₂固化吸收与降低摩擦相结合，在重复利用温室气体CO₂的同时又可保护钢材，不但有效降低摩擦减少腐蚀而且可以大面积低成本制备，从而达到减少能源损耗的目的。

2、本发明所得的TiCxOy涂层硬度高。经纳米压痕测试，其硬度在10~20GPa之间变化。如图1所示，在不同靶电流下压入深度为50nm时，硬度分别为13 GPa、17.3 GPa、20.3GPa、19.4 GPa、16.3GPa，弹性模量分别为156.8 GPa、185.7 GPa、171.4 GPa、170.3 GPa、160.1GPa。

3、本发明所得的TiCxOy涂层摩擦系数低，其摩擦系数低于0.10，最低至0.06。如图2所示，在10N载荷、10Hz频率的条件下往复摩擦测试，摩擦系数分别为0.091、0.085、0.065、0.071、0.08。