[发明专利]一种WB2

说明书

本发明涉及耐磨涂层技术领域，尤其涉及一种WB₂/WBC多层硬质涂层及其制备方法和应用。本发明将WB₂压应力膜层与基体接触，以保证WB₂/WBC多层硬质涂层和基体较高的结合力；WB₂亚层中独立地含有AlB₂型WB₂，或者含有WB₂(C)固溶体和AlB₂型WB₂，作为硬质层；WBC亚层中含有α‑WBC、α‑WC和α‑C，作为软质层和润滑层；本发明通过WB₂亚层和WBC亚层的交替层叠，实现了软/硬膜层、硬质层/润滑层的耦合，WBC软质层/润滑层可降低涂层整体应力水平，增加涂层韧性和耐磨性；多层硬质涂层中的点缺陷易扩散至界面处，通过界面位错的形成可降低相关的应变场，达到降低涂层应力的效果。

技术领域

本发明涉及耐磨涂层技术领域，尤其涉及一种WB₂/WBC多层硬质涂层及其制备方法和应用。

背景技术

随着现代制造业的快速发展，钛、铝及其合金等有色金属、高温合金等难加工材料在自动化及航空航天等领域得到广泛应用，目前实现这类材料的高速、高效、精密加工主要依赖进口刀具，已成为我国机加工行业的技术难题。AlB₂型WB₂是一种新型超硬亚稳相材料，由离子键、共价键和金属键共同组成，这使得WB₂兼具陶瓷和金属的优良特性，具有高硬度、高的熔点、化学惰性、导热性及良好的自润滑性，且与有色金属的化学亲和力低；因此，在硬质耐磨涂层领域展现出广阔的应用前景，可用于刀具和其他工件的表面防护。

Sun等(Microstructure and properties ofAlB₂ type WB₂ thin filmsdeposited by direct current magnetron sputtering，SurfaceCoatings Technology,2014, 245:108-116)采用磁控溅射技术制备出WB₂涂层，涂层硬度35～40GPa，摩擦系数0.3～0.4，磨损率为10^-7mm³/mN量级。Pei等(Effect ofcarbon content on microstructures,mechanical and tribological properties and thermal stability in WBC films,SurfaceCoatings Technology,2016,291:276-285.)通过C掺杂对WB₂涂层进行了进一步改性，涂层的硬度可提高至45GPa，摩擦系数为 0.32左右，磨损率为10^-7～10^-8mm³/mN，且涂层的热稳定性得到显著提升。但是，Pei等优化出的WBC涂层在高能粒子轰击和结构效应的共同作用下，涂层的残余应力高达-3GPa，使涂层的厚度难以超过3μm从而降低涂层的使用寿命，且长时间放置后涂层因应力释放容易从基体剥离而影响使用；此外， Pei优化出的WBC涂层摩擦系数并未明显降低，仍具有较高的使用能耗。

发明内容

本发明的目的在于提供一种WB₂/WBC多层硬质涂层及其制备方法和应用，该硬质涂层具有较低的应力和摩擦系数，能够进一步提高WB₂基硬质涂层的综合性能和使役寿命，可应用于刀具或其他工件的表面防护。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：