[发明专利]一种高硬度自润滑多层薄膜及制备方法

说明书

一种高硬度自润滑多层薄膜，由基体表面向外依次为TiC层、TiCN层组成的连续过渡层、TiAlN层和CuTiSiC层复合形成的高硬度耐磨层，耐磨层表面覆有Mo/CaF₂/BaF₂/C复合自润滑层，以及最表面的玻璃涂层，所述玻璃涂层是由玻璃粉与去离子水配制成的料浆旋涂形成，玻璃粉由SiO₂、Na₂O、CaO和Na₂SiO₃组成。本发明制备的高硬度自润滑多层薄膜在不同的温度环境下具有高硬度、低摩擦因数和极低的磨损率，室温硬度达到45GPa，700℃高温下硬度达到41GPa，700℃下磨损30000周次，摩擦因数为0.14，耐摩稳定性优异，摩擦磨损速率低至3.3×10^‑7­m³/N.m，体现出了优异的自润滑抗摩擦磨损性能。

技术领域

本发明涉及高温耐磨损涂层技术领域，具体涉及一种高硬度自润滑多层薄膜及其制备方法。

背景技术

作为装备制造业的关键零部件的钢铁基材料，如M2、M35高速钢或不锈钢等，任何一种传动或转动都涉及摩擦，而摩擦特性、特别是润滑特性不仅决定了零部件、设备的服役时间，更重要的是将影响装备的整体性能和运行质量。鉴于现代高技术装备使用条件越来越复杂，对于高温润滑涂层的要求越来越高，且对高可靠性及长寿命等方面的要求日益苛刻，急需研究新型高硬度与自润滑同时存在的耐磨薄膜来满足其服役条件下的环境适应性和稳定性，延长关键零部件的使用寿命。

目前高硬度自润滑涂层是高技术装备发展面临的关键技术难题，以各类高性能航空发动机等为代表的高温机械，在实际应用中，均要求实现从室温至高温的连续运转。通过表面改性，在保证表面涂层硬度的前提下，经济的获得低摩擦、润滑效果良好的结构薄膜材料，提升材料、零部件表面的摩擦学性能，更好的提升装备的整体使用性能和服役时间。在众多的镀膜技术中，磁过滤阴极真空多弧源离子镀由于成膜速率高，沉积温度低，绕射性好，能镀制复杂形状工件等优点而成为首选的离子镀技术。但是靶材之间成分离化率的差异，出现成分离析，涂层上容易出现较大液滴，导致涂层结合力变差、且涂层的性能也受到影响，且涂层容易形成柱状晶结构，导致涂层力学性能下降。

发明内容

本发明目的在于提供一种高硬度自润滑多层薄膜。

本发明另一目的是提供上述高硬度自润滑多层薄膜的制备方法。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种高硬度自润滑多层薄膜，其特征在于：由基体表面向外依次为TiC层、TiCN层组成的连续过渡层、TiAlN层和CuTiSiC层复合形成的高硬度耐磨层，耐磨层表面覆有Mo/CaF₂/BaF₂/C复合自润滑层，以及最表面的玻璃涂层，所述玻璃涂层是由玻璃粉与去离子水配制成的料浆旋涂形成，玻璃粉按照重量比重由SiO₂、Na₂O、CaO和Na₂SiO₃组成。

进一步，上述玻璃粉各组分按照质量比重为60~75%SiO₂、15~20%Na₂O、5~12%CaO和5~12%Na₂SiO₃组成。

进一步，上述TiC层厚度为100~150nm，TiCN层厚度为100~150nm，所述TiAlN层厚度为300~400nm，所述CuTiSiC层厚度为500~600nm；所述Mo/CaF₂/BaF₂/C复合层厚度为1~2μm，玻璃涂层厚度为1~2μm。