[发明专利]一种氮化钛基自释放碳润滑复合涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种氮化钛基自释放碳润滑复合涂层及其制备方法和应用，涉及摩擦磨损防护技术领域。本发明在基底上沉积多孔氮化钛涂层；所述沉积为多弧离子镀沉积，沉积过程中基底法线与钛金属靶法线的夹角为75～85°；将所述多孔氮化钛涂层浸泡在碳源水溶液中进行水热处理，再将所得复合有碳前驱体的氮化钛涂层在保护气氛下进行碳化，得到所述氮化钛基自释放碳润滑复合涂层。本发明将斜角沉积、多弧离子镀技术和水热法填碳相结合制备出氮化钛基自释放碳润滑复合涂层，能够在滑动摩擦中将氮化钛纳米孔中的碳持续供给至摩擦接触面，提供减摩润滑效果；本发明还可实现涂层孔隙率的可控，从而实现碳填充量的可控，进而实现复合涂层寿命的可控。

技术领域

本发明涉及摩擦磨损防护技术领域，特别涉及一种氮化钛基自释放碳润滑复合涂层及其制备方法和应用。

背景技术

TiN(Titanium Nitride，氮化钛)是一种具有高硬度、高耐磨性的陶瓷材料，是当今最成熟的工程材料之一，具有广泛的技术应用。长期以来，一直作为保护性和装饰性的涂层应用于模具制造、汽车工业、航空航天等多个领域。然而，氮化钛涂层缺乏润滑性能，具有较高的摩擦系数，限制了其在润滑减摩领域中的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种氮化钛基自释放碳润滑复合涂层及其制备方法和应用。本发明制备的氮化钛基自释放碳润滑复合涂层具有优异的润滑减摩耐磨效果。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种氮化钛基自释放碳润滑复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

在基底上沉积多孔氮化钛涂层；所述沉积为多弧离子镀沉积，以钛金属靶为靶材，以氮气为工作气体，所述沉积的过程中，基底法线与钛金属靶法线的夹角为75～85°；

将所述多孔氮化钛涂层浸泡在碳源水溶液中进行水热处理，得到复合有碳前驱体的氮化钛涂层；

将所述复合有碳前驱体的氮化钛涂层在保护气氛下进行碳化，得到所述氮化钛基自释放碳润滑复合涂层。

优选地，所述沉积的条件包括：靶基距为40～60mm，真空度为0.2～1.0Pa，氮气的气流量为100～800sccm，弧电流为75～85A，沉积时间为30～35min。

优选地，所述沉积多孔氮化钛涂层之前，还包括在所述基底上沉积钛层。

优选地，所述钛层的厚度为400～500nm。

优选地，所述碳源水溶液中的碳源为小分子糖；所述碳源水溶液的浓度为195～200g/L。

优选地，所述水热处理的温度为150～200℃，时间为150～240min。

优选地，所述保护气氛为氩气或氮气；所述保护气氛的气流量为60～150sccm。

优选地，所述碳化的温度为500～600℃，时间为120～240min。

本发明提供了以上技术方案所述制备方法制备得到的氮化钛基自释放碳润滑复合涂层，包括沉积在基底上的多孔氮化钛涂层和填充在所述多孔氮化钛涂层的孔隙中的碳润滑相，所述多孔氮化钛涂层的孔为纳米尺度。

本发明提供了以上技术方案所述氮化钛基自释放碳润滑复合涂层在润滑减摩中的应用。