[发明专利]一种基体表面超声滚压织构化AlCrN涂层及制备工艺

说明书

本发明公开了一种基体表面超声滚压织构化AlCrN涂层及制备工艺，其制备工艺为：先在基体金属表面进行超声滚压织构化，然后在织构化的基体金属表面制备AlCrN涂层；所述超声滚压织构化的过程为：在持续超声滚压过程中，基体金属沿‑X方向移动设定距离，再沿+Y方向移动设定距离，然后沿+X方向移动设定距离，形成S形走刀路径，并重复所述单个S形走刀路径至少1次，使得基体金属表面织构化。本发明能够显著增强基体金属的膜‑基结合强度，使其摩擦学性能得到更为显著的改善。

技术领域

本发明涉及一种基体表面超声滚压织构化AlCrN涂层及制备工艺。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

表面涂层技术是指利用特殊的工艺方法在基体材料表面形成具有特殊化学、力学等性质的保护涂层，能实现多种表面功能需要，如减磨耐磨、耐蚀耐热等。随着现代工业技术对各种机械零部件表面性能要求的日趋提高，单一的涂层结构和制备工艺很难再满足要求。

表面织构技术是指在材料表面制备具有一定尺寸、规则的微结构，该表面形貌在能够起到存储润滑剂，容纳磨屑等作用，提高表面润滑承载能力，减小表面间的摩擦磨损。表面织构技术和表面涂层技术的耦合作用已经被证实为可以有效改善材料摩擦学性能的方法。

超声滚压技术是利用金属在常温下冷塑性的特点，运用超声波对金属表面进行无研磨机的研磨处理，同时在零件表面产生理想的压应力，并在零件表层形成一层梯度纳米层，提高零件表面的显微硬度，耐磨性及疲劳强度。

发明内容

为了增加基体金属表面的性能，本发明将超声滚压织构化技术与涂层结构进行结合，以增加膜-基体系的结合强度，提高基体金属表面的摩擦学性能。

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基体表面超声滚压织构化AlCrN涂层及制备工艺，能够使基体金属的摩擦学性能得到更为显著的改善。

为了实现上目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种基体表面超声滚压织构化AlCrN涂层的制备工艺，先在基体金属表面进行超声滚压织构化，然后在织构化的基体金属表面制备AlCrN涂层；

所述超声滚压织构化的过程为：在持续超声滚压过程中，基体金属沿-X方向移动设定距离，再沿+Y方向移动设定距离，然后沿+X方向移动设定距离，形成S形走刀路径，并重复单个S形走刀路径至少1次，使得基体金属表面织构化。

本发明经过研究发现，当先采用超声滚压对基体金属表面进行织构化，再制备AlCrN涂层时，能够显著的提高金属材料在服役过程中的减摩抗磨性能，并提供涂层与基体的结合力，延长材料的使用寿命。

另一方面，一种基体表面超声滚压织构化AlCrN涂层，由上述制备工艺获得。

第三方面，一种耐磨损金属材料，表面覆有上述基体表面超声滚压织构化AlCrN涂层。

本发明的有益效果为：

本发明利用超声滚压织构化处理，在超声波冲击能量的作用下，利用滚压球对金属表面同时进行高速撞击和滚压处理，产生的冲挤作用能够使金属表面产生大幅度的弹塑性变形，此变形会导致金属表面产生永久变形的微织构。通过调控超声滚压机床的静压力，振幅，进给量，滚压次数以及滚压球直径参数，实现微织构的形状、尺寸参数可控。同时，超声滚压加工能够在金属基体表面产生理想的残余压应力，提高表面的显微硬度，降低表面的粗糙度，产生表面纳米强化层，进而提高基体的力学性能，同时基体表面的纳米强化层与材料内部的连接是连续过渡的，无剥离现象。