專利名稱：異形鋼筘表面高硬、低摩擦Cr/CrCN梯度涂層工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種表面涂層改性技術(shù)，特別涉及一種高速噴氣織機(jī)用異形鋼筘表面高 硬、低摩擦系數(shù)Cr/CrCN梯度涂層工藝，屬于機(jī)械工程領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計，2008年我國人均纖維消耗量由2001年的7kg上升至15.5 kg,紡織品服 裝進(jìn)出口貿(mào)易總額超過1960億美元，其中出口額超過1700億美元，如文獻(xiàn)[張一鳴， 楊兵，王志強(qiáng)，黃家輝.異形筘筘齒氣相沉積高純度Cr的研究及探討，紡織器材，2008， 35 (5): 418—420.]。雖然，中國是紡織品出口大國，但受限于國內(nèi)紡織機(jī)械的發(fā)展及 生產(chǎn)水平，高端、高品質(zhì)紡織品的生產(chǎn)能力卻十分有限。從目前來看，無梭織機(jī)最能滿 足織造工藝的發(fā)展趨勢，同時也是世界高端織機(jī)的發(fā)展方向。無梭織機(jī)包括噴氣織機(jī)、 劍桿織機(jī)、噴水織機(jī)和片梭織機(jī)等，其中尤以噴氣織機(jī)和劍桿織機(jī)發(fā)展最快。近年來， 隨著各種新纖維、新材料、新工藝和新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，對高檔新型織機(jī)的需求越來越 大，而我國無梭織機(jī)的發(fā)展水平一直未有快速提高，中國的高檔織機(jī)市場幾乎都集中在 外商手中。從上世紀(jì)80年代中期開始，我國平均每年進(jìn)口各類無梭織機(jī)約2 3萬臺， 無梭織機(jī)在國內(nèi)目前的普及率已基本達(dá)到40 %，如文獻(xiàn)[陳英恩.異形筘磨損的原因及 應(yīng)對措施，棉紡織技術(shù)，2006， 34 (2): 88—90.]。顯然，高速噴氣織機(jī)的國產(chǎn)化必然 成為關(guān)注的焦點之一，其中作為高速噴氣織機(jī)必不可少的織造器材配件如異形筘、綜等
的設(shè)計、制造及使用性能也成為我國紡織機(jī)械配件國產(chǎn)化的瓶頸問題。
噴氣織機(jī)用異形筘是織造引緯和打緯的關(guān)鍵器材之一，其使役壽命直接關(guān)系到織造 成本和織造質(zhì)量。高速噴氣織機(jī)車速一般在600 r/min左右，也就意味著紗線對鋼筘每 分鐘的摩擦和沖擊次數(shù)約為600次。每天約90萬次的往復(fù)摩擦和沖擊。其次，織口處 諱紗隨著上、下層經(jīng)紗的交織，緯紗的彎曲程度增加，經(jīng)紗變形附加張應(yīng)力使得緯線對 邊部筘齒的作用力最大，加劇了對筘齒的磨損，如文獻(xiàn)[陳英恩.異形筘磨損的原因及 應(yīng)對措施，棉紡織技術(shù)，2006， 34 (2): 88—90.]和文獻(xiàn)[燕群社，張莉萍，李歲望， 李雙正.延長噴氣織機(jī)異形筘使用壽命體會，棉紡織技術(shù)，2007， 35 (10): 605_607.]。 再者，紗線在織造前必須先上漿，用以增加紗線的單強(qiáng)和減少毛羽，提高紗線與金屬機(jī)
4構(gòu)的摩擦耐受能力，減少斷頭等現(xiàn)象發(fā)生。但漿料中常常需添加硅酸鈉、氫氧化鈉等作 為堿性分解劑。因此，不僅高硬度的結(jié)晶硅顆粒很容易粘附在紗表面，加劇對鋼筘的磨 損，而且堿性的漿料也會對鋼筘直接產(chǎn)生腐蝕損傷，如文獻(xiàn)[陳英恩.異形筘磨損的原 因及應(yīng)對措施，棉紡織技術(shù)，2006， 34 (2): 88—90.]。綜上所述，鋼筘實際工況是摩 擦磨損、反復(fù)沖擊疲勞、應(yīng)力腐蝕等多種損傷模式復(fù)雜交互作用。
如何提高異形鋼筘的使役壽命，將對提高織機(jī)效率及織造質(zhì)量，節(jié)約織造成本起到 決定性的作用。目前國內(nèi)自主研發(fā)的鋼筘使役壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國外同類產(chǎn)品。主要原因有 二其一是鋼筘的選材和表面涂層技術(shù)。而國外如比利時必加樂、意大利斯密特、曰本 津田駒和豐田株式社等公司選用高硬度奧氏體鉻鎳不銹鋼和經(jīng)淬火、回火處理的馬氏體 含鉻不銹鋼制作的異形鋼筘，具有優(yōu)良的機(jī)械性能，尺寸精度一致性，耐磨平滑等特性； 若表面再經(jīng)類金剛石(DLC)、玻璃纖維(SiC)等耐磨涂層強(qiáng)化處理，異形鋼筘表面硬 度能高達(dá)2500HV以上，表面摩擦系數(shù)能降低至O.l以下，表現(xiàn)出優(yōu)越的耐磨抗蝕性能。 雖然，國內(nèi)部分鋼筘廠采用進(jìn)口特種不銹鋼帶精密制造的異形筘片基本性能指標(biāo)已接近 國際水平，但鋼筘表面耐磨涂層技術(shù)卻是傳統(tǒng)電鍍硬鉻技術(shù)。因電鍍鉻所含強(qiáng)氧化性的 金屬鉻離子，對環(huán)境污染嚴(yán)重，且出口受限制；其二是電鍍鉻層硬度不高(約為900— 1000 HV)，耐磨性能也并不理想，其摩擦系數(shù)約為0.4—0.5，與國外耐磨涂層制備工藝 和性能相差甚遠(yuǎn)。國內(nèi)其余30家鋼筘生產(chǎn)廠同樣面臨這一技術(shù)瓶頸問題。再加上鋼筘 行業(yè)本來生產(chǎn)分散、多而不強(qiáng)，科研投入不足1%，產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)滯后，具有自主知識 產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品極少。目前，國內(nèi)采用氣相沉積技術(shù)在異形鋼筘表面沉積耐磨涂層的研究還 處于起步階段，武漢科技學(xué)院的張一鳴初步探討了利用氣相沉積技術(shù)在鋼筘表面沉積純 Cr金屬耐磨層，涂層硬度雖可提高至2000 HV，但涂層摩擦系數(shù)較大，如文獻(xiàn)[張一鳴， 楊兵，王志強(qiáng)，黃家輝.異形筘筘齒氣相沉積高純度Cr的研究及探討，紡織器材，2008, 35 (5): 418—420.]，涂層性能與使役壽命與國外鋼筘表面涂層相比還存在較大差距。 又因異形鋼筘外形復(fù)雜且筘齒過渡弧角大，在其表面沉積均勻硬質(zhì)涂層的難度大， 而且改善不銹鋼筘體與涂層結(jié)合性能也是一個難點問題；另外，因筘體本身厚度薄小于 2mm，沉積溫度、偏壓等沉積參數(shù)以及硬質(zhì)涂層中的應(yīng)力都可能導(dǎo)致筘體變形或改變筘 體自身韌彈性。加之異形鋼筘實際工況復(fù)雜，損傷模式包括磨損、沖擊疲勞、腐蝕及應(yīng) 力腐蝕等，而且因受力狀況不同，反映出的損傷部位及失效方式又大不相同，因此在其 表面獲得性能優(yōu)異的高硬、耐磨涂層是棘手的難點問題。因此，針對上面所述國產(chǎn)高檔 異形鋼筘表面耐磨涂層研究的不足甚至空白，以及在異形鋼筘表面獲得性能優(yōu)異的高硬、高韌、低摩擦系數(shù)的梯度耐磨涂層，這正是本發(fā)明的任務(wù)所在。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是針對所述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，提供一種高速噴氣織機(jī)用異
形鋼筘表面高硬、低摩擦系數(shù)Cr/CrCN梯度涂層新工藝。該工藝采用磁控濺射技術(shù)和多
弧離子鍍等物理氣相沉積技術(shù)，實現(xiàn)對外形復(fù)雜、齒緣弧角大、厚度薄的異形鋼筘表面
均勻沉積高硬、高韌、低摩擦系數(shù)的耐磨梯度涂層。
本發(fā)明的基本思想是針對現(xiàn)有的技術(shù)問題和難點，提出的解決方案如下采用
磁控濺射技術(shù)和多弧離子鍍等物理氣相沉積技術(shù)， 一是在異形鋼筘表面先期沉積納米晶
Cr層，其目的用以改善不銹鋼基體與硬質(zhì)涂層兩者成分迥異材料間的結(jié)合性能，同時還
有望能釋放硬質(zhì)涂層中的部分應(yīng)力。二是提出CrCN梯度硬質(zhì)耐磨涂層設(shè)計思路，即通
過改變Cr靶，C靶的濺射功率、基片偏壓和調(diào)控N2分壓，實現(xiàn)CrCN涂層結(jié)構(gòu)由里朝
外Cr、 C和N的含量梯度變化。如改變Cr靶的濺射功率和調(diào)控N2分壓，實現(xiàn)CrCN涂
層結(jié)構(gòu)由里朝外Cr和N的含量逐漸遞減變化；通過改變C靶濺射功率實現(xiàn)梯度CrCN
涂層結(jié)構(gòu)中由里朝外C含量逐步遞增變化。其目的有二 一方面實現(xiàn)梯度CrCN涂層與
Cr層的銜接過渡，進(jìn)一步降低涂層應(yīng)力，增強(qiáng)梯度涂層的韌性；另一方面在梯度CrCN
涂層外表面盡可能的獲得少許Cr、 N摻雜的類金剛石結(jié)構(gòu)，以期獲得更低的摩擦系數(shù)和
優(yōu)越的耐磨性能。進(jìn)一步通過對Cr/CrCN梯度涂層設(shè)計，達(dá)到異形鋼筘表面涂層體結(jié)構(gòu)
和功能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，提高涂層與異形鋼筘基體整體部件的性能及使役壽命。
為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。
本發(fā)明異形鋼筘表面高硬、低摩擦系數(shù)Cr/CrCN梯度涂層工藝，采用磁控濺射技術(shù) 和多弧離子鍍等物理氣相沉積技術(shù)對外形復(fù)雜、齒緣弧角大、厚度薄的異形鋼筘表面進(jìn) 行梯度涂層處理，包括以下工藝步驟
(1) 鍍前處理
將異形鋼筘經(jīng)研磨拋光后放至除油劑中，用超聲波攪拌清洗30-40分鐘，去除鋼筘 表面油污后經(jīng)去離子水漂洗20分鐘，隨后酸洗出光，再用去離子水將酸液漂洗干凈， 取出后于真空干燥器中干燥，真空度〈l(^Pa，溫度10(TC;
(2) 偏壓反濺清洗
將上述處理后的鋼筘置于弧離子增強(qiáng)反應(yīng)磁控濺射儀的真空爐腔內(nèi)，用偏壓反濺清 洗10分鐘，其反濺偏壓工作電壓為-500 V，工作氣氛為Ar，工作真空度為0.3Pa;
(3) 沉積硬質(zhì)納米晶Cr過渡層采用弧離子增強(qiáng)反應(yīng)磁控濺射儀，將上述處理后的鋼筘表面預(yù)先沉積厚度為2-2.5 Um的納米晶Cr過渡層；所用靶材為2個磁控Cr靶，l個柱弧Cr靶，反應(yīng)室基底真空 度5xl(y3pa，工作氣氛Ar，工作真空度0.3—0.4 Pa;沉積偏壓-50至一200 V， Cr靶濺 射功率2. 5-3. 5 KW; Cr柱靶弧電流60-70 A,沉積溫度20(TC，沉積時間10分鐘；
(4) 沉積CrCN梯度硬質(zhì)耐磨涂層 采用弧離子增強(qiáng)反應(yīng)磁控濺射儀，在上述沉積納米晶Cr過渡層鋼筘表面再沉積
CrCN涂層，所用靶材為2個磁控Cr靶，2個磁控C靶，1個柱弧Cr靶，在不間斷真 空鍍膜狀態(tài)下，通過Cr靶濺射功率由3.6 kW逐漸調(diào)小至1KW和Cr柱靶弧電流由50A 逐漸調(diào)小至IOA，以調(diào)控Cr在CrCN涂層中含量由里朝外逐步遞減變化；還通過C靶 濺射功率由OKW逐漸增大至5 KW，以實現(xiàn)C在CrCN涂層中含量由里朝外逐步遞增變 化;其真空室中反應(yīng)氣體N2流量先開啟后逐漸增加至60sccm,最后再逐漸降低至Osccm， 反應(yīng)室基底真空為5xl0—spa，工作氣氛為Ar和N2，沉積氣壓為0.35—0.45 Pa，沉積溫 度200 °C，沉積時間2小時；沉積偏壓在-50- — 200V之間可調(diào)，此時即完成在鋼筘基 體表面沉積高硬、高韌、低摩擦系數(shù)的Cr/CrCN耐磨梯度涂層；
(5) 去應(yīng)力、矯正變形處理
所述鋼筘基片表面經(jīng)Cr/CrCN梯度涂層沉積完成后，在不間斷真空條件下，溫度 為200—300 "C保溫30分鐘，隨爐自然冷卻后取出即可。
上述技術(shù)方案中，所述除油劑的成份為碳酸鈉200—250g/L、檸檬酸鈉40—50g/L、 活性劑2_4g/L、磷酸鈉50—60g/L的混合除油劑。
上述技術(shù)方案中，所述沉積Cr過渡層所用靶材Cr靶和柱弧Cr靶，其純度均為 99.99%。
上述技術(shù)方案中，所述沉積GCN梯度涂層所用靶材Cr靶，C靶和柱弧Cr靶，其 純度均為99. 99%。
上述技術(shù)方案中，所述沉積CrCN梯度涂層鍍膜過程中沉積氣壓維持在0. 35Pa。 上述技術(shù)方案中，所述沉積CrCN梯度涂層鍍膜過程中沉積溫度維持在20CTC 。 上述技術(shù)方案中，所述沉積CrCN梯度涂層鍍膜過程中沉積偏壓進(jìn)一步選定為-100V，
其涂層效果最佳。
上述技術(shù)方案中，所述Cr靶的起始濺射功率為3. 6 KW，每十分鐘減少0.5KW， 直到減少為1 KW。
上述技術(shù)方案中，所述C靶的起始濺射功率為0 KW，前一個小時每十分鐘升高0. 5
7KW，后一個小時調(diào)為5 KW恒定功率濺射。
上述技術(shù)方案中，所述N2流量在鍍膜前1小時中由0sccm增加至60sccm，隨后在 10分鐘內(nèi)降低至0sccm。
本發(fā)明與現(xiàn)有電鍍鉻技術(shù)相比具有以下的優(yōu)點及有益技術(shù)效果
1、 本發(fā)明采用的磁控濺射和多弧離子鍍沉積技術(shù)在異形鋼筘表面沉積Cr/CrCN梯 度涂層，不僅比傳統(tǒng)電鍍硬鉻涂層的性能更優(yōu)，而且還克服了傳統(tǒng)電鍍硬鉻技術(shù)因所含 強(qiáng)氧化性的金屬鉻離子對環(huán)境造成的嚴(yán)重污染。
2、 本發(fā)明的涂層工藝所涂鍍的Cr/CrCN梯度涂層硬度高，達(dá)到2400 HV,且摩擦 系數(shù)較小，為O. 11。
3、 本發(fā)明的涂層工藝通過改變Cr靶，C靶的濺射功率、基片偏壓以及調(diào)控N2分 壓，來實現(xiàn)Cr及N含量在CrCN涂層結(jié)構(gòu)由里向外逐漸遞減的變化；以及通過改變C 耙濺射功率來實現(xiàn)C含量在CrCN涂層結(jié)構(gòu)由里朝外逐步遞增的變化；這樣一方面可實 現(xiàn)梯度CrCN涂層與Cr層的銜接過渡，進(jìn)一步降低涂層應(yīng)力，增強(qiáng)梯度涂層的韌性； 另一方面可在梯度CrCN涂層外表面盡可能的獲得少許Cr、 N摻雜的類金剛石結(jié)構(gòu)，以 期獲得更高的硬度、更低的摩擦系數(shù)、良好的韌性和優(yōu)越的耐磨性能。
4、 本發(fā)明的涂層工藝通過對Cr/CrCN梯度涂層設(shè)計，以達(dá)到異形鋼筘表面涂層體 結(jié)構(gòu)和功能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而提高涂層與異形鋼筘基體整體部件的性能及使役壽命。
具體實施例方式
下面用具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但并不意味著對本發(fā)明保護(hù)內(nèi)容
的任何限定。 實施例1
本發(fā)明采用自主研制的JW-500型弧離子增強(qiáng)反應(yīng)磁控濺射儀； 所述沉積Cr層所用靶材為2個磁控Cr靶，l個柱弧Cr靶，其純度均為99. 99%; 所述沉積CrCN梯度涂層所用靶材為2個磁控Cr靶，2個磁控C靶，1個柱弧Cr 耙，其純度均為99.99%;
所述沉積CrCN梯度涂層鍍膜過程中沉積氣壓維持在0. 35 Pa。 所述沉積CrCN梯度涂層鍍膜過程中沉積溫度維持在200 °C 。 所述沉積CrCN梯度涂層鍍膜過程中沉積偏壓進(jìn)一步選定在-IOOV，其涂層效果最佳。 所述Cr靶的起始濺射功率為3. 6KW，每十分鐘減少0. 5KW，直到減少為1KW。 所述C靶的起始濺射功率為OKW，前一個小時每十分鐘升高0. 5KW,后一個小時調(diào)為5KW恒定功率濺射。
在真空室中反應(yīng)氣體N2流量先開啟后在鍍膜前1小時中由0 sccm增加至60 sccm， 隨后在10分鐘內(nèi)降低至0sccm。
在上述條件下，對異形鋼筘基體表面沉積Cr/CrCN梯度涂層，其操作步驟如下
(1) 首先對異形鋼筘基體表面進(jìn)行鍍前處理 將異形鋼筘基體經(jīng)研磨拋光后放至由碳酸鈉200g/L、擰檬酸鈉40g/L、活性劑2g/L、
磷酸鈉50g/L配制成的除油劑中，用超聲波攪拌清洗30分鐘，除油污后經(jīng)去離子水漂 洗20分鐘，隨后酸洗出光，再用去離子水將酸液漂洗干凈，取出后置于真空度〈l(^Pa 的真空干燥器中干燥，其干燥溫度為10(TC:
(2) 偏壓反濺清洗
將經(jīng)上述處理后的鋼筘基體置于弧離子增強(qiáng)反應(yīng)磁控濺射儀的真空爐腔內(nèi)，再用偏 壓反濺清洗10分鐘，其反濺偏壓工作電壓為-500V,工作氣氛為Ar，沉積氣壓為0. 3 Pa;
(3) 沉積硬質(zhì)納米晶Cr過渡層
采用弧離子增強(qiáng)反應(yīng)磁控濺射儀，在經(jīng)上述處理后的鋼筘基體表面預(yù)先沉積厚度為 2ym的納米晶Cr過渡層；沉積涂層工藝參數(shù)為反應(yīng)室基底真空度5xl(^Pa，工作氣 氛為Ar，沉積氣壓為0.3Pa;沉積偏壓-50V， Cr靶的濺射功率2. 5KW; Cr柱靶弧電流 60A，沉積溫度20(TC，沉積時間10分鐘；沉積Cr過渡層所用靶材為2個磁控Cr耙， l個柱弧Cr靶，其純度均為99.99%;
(4) 沉積CrCN梯度硬質(zhì)耐磨涂層
同樣采用弧離子增強(qiáng)反應(yīng)磁控濺射儀，在上述沉積納米晶Cr過渡層鋼筘表面再沉 積CrCN涂層，所用耙材為2個磁控Cr靶，2個磁控C靶，l個柱弧Cr靶，在不間斷 真空鍍膜狀態(tài)下，通過Cr靶濺射功率由3.6kW逐漸調(diào)小至lKW和Cr柱靶弧電流由50A 逐漸調(diào)小至IOA，以調(diào)控Cr在CrCN涂層中含量由里朝外逐步遞減變化；還通過C靶 濺射功率由OKW逐漸增大至5 KW,以實現(xiàn)C在CrCN涂層中含量由里朝外逐步遞增變 化;其真空室中反應(yīng)氣體N2流量先開啟后逐漸增加至60sccm，最后再逐漸降低至Osccm， 反應(yīng)室基底真空為5xl(^Pa，工作氣氛為Ar和N2,沉積氣壓為0.35Pa,沉積溫度200 'C， 沉積時間2小時；沉積偏壓-IOOV，此時即完成在鋼筘基體表面沉積高硬、高韌、低摩 擦系數(shù)的Cr/CrCN耐磨梯度涂層；
(5) 去應(yīng)力、矯正變形處理 所述鋼筘片基體表面經(jīng)Cr/CrCN梯度涂層沉積完成后，在不間斷真空條件下，溫度為20(TC保溫30分鐘，隨爐自然冷卻后取出即可，這樣能釋放硬質(zhì)涂層中的部分應(yīng)力。 對上述實施例1的異形鋼筘基體表面的Cr/CrCN梯度涂層效果進(jìn)行檢測，采用MH-5 型顯微硬度計測定其Cr/CrCN梯度涂層硬度。所用加載載荷選為50 mN,保載時間5 秒，Vicker正四棱錐金剛石壓頭，測試6個點，每個點讀取6次數(shù)值，取平均值計算其 硬度值，其結(jié)果Cr/CrCN梯度涂層硬度為2400 HV，可見比現(xiàn)有技術(shù)涂層的硬度提高較 多；同時具有良好的韌性和優(yōu)異的耐磨性能。
并采用THT07-135型球盤摩擦試驗機(jī)測試其Cr/CrCN梯度涂層摩擦性能。實驗條件 為無潤滑，濕度45 50 %，室溫條件下測試；鋼球摩擦副為GCr15,直徑03畫， 粗糙度Ra《0.05um,硬度HRC61，載荷5 N,軌道半徑5 mm,摩擦線速度20 cm/s。 測試結(jié)果為Cr/CrCN梯度涂層摩擦系數(shù)為0. 11，同樣比現(xiàn)有技術(shù)的摩擦系數(shù)減小較多， 可提高涂層與異形鋼筘基體整體部件的性能及使役壽命。 實施例2
由于在沉積CrCN梯度涂層過程中，濺射偏壓對涂層成分、均勻度及結(jié)構(gòu)影響均較 大。本實例異形鋼筘Cr/CrCN梯度涂層鍍前處理與實施例1步驟(1)相同，只是改變 除油劑成分為碳酸鈉250 g/L、檸檬酸鈉50g/L、活性劑4g/L、磷酸鈉60g/L，用超聲波 攪拌清洗40分鐘；偏壓反濺清洗與實施例1步驟(2)相同，其它未提到的條件和參數(shù) 與實施例1相同時，當(dāng)沉積梯度CrCN層時改變沉積偏壓，如選定為-50V 、-150V和-200V 則可對CrCN梯度涂層成分、組織及微結(jié)構(gòu)的調(diào)控，進(jìn)而實現(xiàn)對Cr/CrCN梯度涂層的硬 度、韌性、摩擦磨損等性能在一定范圍調(diào)控，以滿足不同產(chǎn)品用途的使用需求。
權(quán)利要求
1.一種異形鋼筘表面高硬、低摩擦系數(shù)Cr/CrCN梯度涂層工藝，其特征在于包括以下工藝步驟(1)鍍前處理將異形鋼筘經(jīng)研磨拋光后放至除油劑中，用超聲波攪拌清洗30-40分鐘，去除鋼筘表面油污后經(jīng)去離子水漂洗20分鐘，隨后酸洗出光，再用去離子水將酸液漂洗干凈，取出后于真空干燥器中干燥，真空度＜10-2Pa，溫度100℃；(2)偏壓反濺清洗將上述處理后的鋼筘置于弧離子增強(qiáng)反應(yīng)磁控濺射儀的真空爐腔內(nèi)，用偏壓反濺清洗10分鐘，其反濺偏壓工作電壓為-500V，工作氣氛為Ar，工作真空度為0.3Pa；(3)沉積硬質(zhì)納米晶Cr過渡層采用弧離子增強(qiáng)反應(yīng)磁控濺射儀，將上述處理后的鋼筘表面預(yù)先沉積厚度為2-2.5μm的納米晶Cr過渡層；所用靶材為2個磁控Cr靶，1個柱弧Cr靶，反應(yīng)室基底真空度5×10-3Pa，工作氣氛Ar，工作真空度0.3-0.4Pa；沉積偏壓-50至-200V，Cr靶濺射功率2.5-3.5KW；Cr柱靶弧電流60-70A，沉積溫度200℃，沉積時間10分鐘；(4)沉積CrCN梯度硬質(zhì)耐磨涂層采用弧離子增強(qiáng)反應(yīng)磁控濺射儀，在上述沉積納米晶Cr過渡層鋼筘表面再沉積CrCN涂層，所用靶材為2個磁控Cr靶，2個磁控C靶，1個柱弧Cr靶，在不間斷真空鍍膜狀態(tài)下，通過Cr靶濺射功率由3.6kW逐漸調(diào)小至1KW和Cr柱靶弧電流由50A逐漸調(diào)小至10A，以調(diào)控Cr在CrCN涂層中含量由里朝外逐步遞減變化；還通過C靶濺射功率由0KW逐漸增大至5KW，以實現(xiàn)C在CrCN涂層中含量由里朝外逐步遞增變化；其真空室中反應(yīng)氣體N2流量先開啟后逐漸增加至60sccm，最后再逐漸降低至0sccm，反應(yīng)室基底真空為5×10-3Pa，工作氣氛為Ar和N2，沉積氣壓為0.35-0.45Pa，沉積溫度200℃，沉積時間2小時；沉積偏壓在-50--200V之間可調(diào)，此時即完成在鋼筘基體表面沉積高硬、高韌、低摩擦系數(shù)的Cr/CrCN耐磨梯度涂層；(5)去應(yīng)力、矯正變形處理所述鋼筘基片表面經(jīng)Cr/CrCN梯度涂層沉積完成后，在不間斷真空條件下，溫度為200-300℃保溫30分鐘，隨爐自然冷卻后取出即可。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的拷度涂層工藝，其特征在于所述除油劑的成份為碳酸鈉200—250g/L、檸檬酸鈉40—50g/L、活性劑2—4g/L、磷酸鈉50—60g/L的混合除油劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度涂層工藝，其特征在于所述沉積Cr過渡層所用耙材 Cr靶和柱弧Cr靶，其純度均為99. 99%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度涂層工藝，其特征在于所述沉積CrCN梯度涂層所 用靶材Cr靶，C耙和柱弧Cr靶，其純度均為99.99%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的梯度涂層工藝，其特征在于所述沉積CrCN梯度 涂層鍍膜過程中沉積氣壓維持在0. 35Pa。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的梯度涂層工藝，其特征在于所述沉積CrCN梯 度涂層鍍膜過程中沉積溫度維持在200'C。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的梯度涂層工藝，其特征在于所述沉積CrCN梯 度涂層鍍膜過程中沉積偏壓進(jìn)一步選定為一100V。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的梯度涂層工藝，其特征在于所述Cr靶的起始濺 射功率為3. 6 KW，然后每十分鐘減少0. 5 KW，直到減少為1 KW。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度涂層工藝，其特征在于所述C靶的起始濺射功率為0 KW時，前一個小時每十分鐘升高0.5 KW,后一個小時調(diào)為5 KW恒定功率濺射。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度涂層工藝，其特征在于所述N2流量在鍍膜前1小 時中由Osccm增加至60sccm，隨后在10分鐘內(nèi)降低至Osccm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在高速織機(jī)用異形鋼筘表面沉積高硬、低摩擦系數(shù)Cr/CrCN梯度涂層的工藝。該工藝包括鍍前處理、偏壓反濺清洗和采用弧離子增強(qiáng)反應(yīng)磁控濺射儀在外形復(fù)雜、齒緣弧角大、厚度薄的異形鋼筘表面沉積Cr/CrCN耐磨梯度涂層等步驟。本發(fā)明沉積的Cr/CrCN梯度涂層硬度可達(dá)2400HV，摩擦系數(shù)可低至0.11，因此不僅具有高硬質(zhì)，低摩擦系數(shù)，而且還具有涂覆均勻性好，良好的韌性，可實現(xiàn)異形鋼筘表面涂層體結(jié)構(gòu)和功能的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，從而有效提高涂層與異形鋼筘基體整體部件的性能及使用壽命。
文檔編號C23C14/02GK101608299SQ20091005996
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者波 劉, 楊吉軍, 淵 汪 申請人:四川大學(xué)