[发明专利]一种纳米复合VN-Au涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明属于刀具涂层和表面润滑涂层制备技术领域，公开了一种纳米复合VN‑Au涂层及其制备方法和应用。该纳米复合VN‑Au涂层中各元素的原子百分比含量分别为：V 30～45at.％，Au 0～20at.％，N 50～55at.％。本发明采用双靶磁控溅射制备的纳米复合VN‑Au涂层，具有表面光滑、结构致密、及良好的自润滑性能，可有效降低摩擦系数，提高自润滑涂层的耐磨性。

技术领域

本发明属于刀具涂层和表面润滑涂层制备技术领域，特别涉及一种纳米复合VN-Au涂层及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，受环保法规和液体润滑油高温分解及成本升高等因素的影响，切削刀具涂层与耐磨防护涂层正逐步向干式固体润滑材料方向发展。在高速干切削难加工材料时，由于切削力的增大和切削温度的急剧升高，扩散磨损和氧化磨损加剧，涂层在短时间内局部脱落，导致涂层刀具快速磨损失效。而自润滑涂层的出现为刀具提高寿命和降低摩擦提供了可行性，已成为国内外的研究热点。一些过渡金属(如Mo、W、V等)的氧化物，因具有高浓度的氧空位和低剪切强度的晶面而被统称为Magnéli相，如Mo_nO_3n-1或Mo_nO_3n-2、V_nO_2n-1等。而软金属(如Au、Ag、Cu等)具有低剪切强度和优异的延展性，在滑动过程易产生塑性变形，降低摩擦系数。但高温下，这些润滑相向涂层表面的快速扩散是一个单向过程，在短时间内易耗尽涂层内的高温润滑相，导致涂层耐磨性的急剧降低，甚至由于孔隙率的增加而导致涂层的坍塌。一些软金属通常可作为第二相或润滑相添加到硬质涂层中，形成氮化物/软金属非晶相的nc-MeN/metal纳米复合结构。一方面，可以细化晶粒，提高力学性能；另一方面，可作为润滑相，降低摩擦系数。

发明内容

为了克服现有技术中存在的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种纳米复合VN-Au涂层，通过结合软金属与氧化物润滑相的各自优点，进一步提高自润滑涂层的摩擦学性能。

本发明的又一目的在于提供一种上述纳米复合VN-Au涂层的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种上述纳米复合VN-Au涂层的应用。

本发明目的通过以下技术方案实现：

一种纳米复合VN-Au涂层，该涂层中各元素的原子百分比含量分别为：V 30～45at.％，Au 0～20at.％，N 50～55at.％，各元素总为100at.％。

上述的一种纳米复合VN-Au涂层的制备方法，包括以下步骤：

(1)将镜面抛光后的衬底基体放入超声波中，依次用金属洗涤剂、酒精先后超声波清洗10～20min，干燥后固定在镀膜腔室内的样品台上，保持靶基距50～150mm，调节样品台自转速度0～20rpm，打开温控加热器升温至25～500℃，预抽本底真空至3.0～5.0×10^-3Pa；

(2)打开Ar、N₂气流量阀，调节Ar：N₂流量比1:1～10:1，设置分子泵的转速30000～90000rpm，调节总气压至0.5～2.0Pa；

(3)打开直流与射频磁控溅射电源，直流溅射V靶功率调节至0～500W，射频溅射Au靶功率调节至0～100W，占空比10～100％，复合沉积0～500min，得到厚度1.0～3.0μm的纳米复合VN-Au涂层；

(4)沉积结束后，关闭直流与射频磁控溅射电源，关闭Ar和N₂气流量阀，再关闭分子泵和机械泵，待腔室温度降至室温后开炉门取出样品，完成镀膜。

上述的一种纳米复合VN-Au涂层应用于刀具涂层和表面润滑涂层领域。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：