Ni-P-金剛石-TiAlN耐磨減磨復(fù)合涂層及其制備方法
【專利摘要】一種Ni-P-金剛石-TiAlN耐磨減磨復(fù)合涂層及其制備方法，首先采用光亮化學(xué)復(fù)合鍍的方法制備Ni-P-金剛石復(fù)合鍍層，使其P和金剛石含量分別為15-10wt%和10-20wt%，鍍層厚度為10-20微米，所用金剛石微粒的直徑5-10微米，然后在該Ni-P-金剛石鍍層表面用電弧離子鍍的方法沉積TiAlN涂層，使該TiAlN層的厚度為5-10微米，Al含量為15-25wt%；本發(fā)明所得涂層耐磨性高、使用壽命長，在使Ni-P-金剛石-TiAlN復(fù)合涂層與45號鋼長時間摩擦磨損的過程中，摩擦系數(shù)始終保持在0.2以下，磨損壽命是常規(guī)Ni-P-金剛石化學(xué)復(fù)合鍍層的2-5倍以上；并且本發(fā)明制備方法簡單，成本低，具有非常好的推廣應(yīng)用價值。
【專利說明】N1-P-金剛石-TiAIN耐磨減磨復(fù)合涂層及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種N1-P-金剛石-TiAlN耐磨減磨復(fù)合涂層及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近10年來，硬質(zhì)涂層技術(shù)受到了越來越多的關(guān)注和研究，其中，最典型的兩類涂層是以TiAlN涂層為基礎(chǔ)的超硬涂層(硬度大于40GPa)和金剛石涂層。目前，TiAlN涂層由于具有內(nèi)應(yīng)力較小、高硬度和良好的抗高溫氧化性能，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工行業(yè)。以TiAlN涂層為基礎(chǔ)的超硬涂層，如TiAlSiN涂層，雖然其硬度高，但是其內(nèi)應(yīng)力大、摩擦系數(shù)大(室溫摩擦系數(shù)通常大于0.7)、韌性差，不符合現(xiàn)代綠色機(jī)械加工的要求，實(shí)際應(yīng)用也很少，多數(shù)處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。金剛石涂層由于具有極高的硬度和極小的摩擦系數(shù)，廣泛應(yīng)用于低速機(jī)械加工領(lǐng)域，但由于金剛石涂層本身脆性大，在高溫下很容易發(fā)生氧化，故金剛石涂層不能應(yīng)用于高速機(jī)械加工或高進(jìn)刀量機(jī)械加工，機(jī)械加工效率低，不符合現(xiàn)代機(jī)械加工高效率的基本要求。
[0003]化學(xué)復(fù)合鍍工藝具有鍍層生長速度快、與基材結(jié)合性能優(yōu)良、所得鍍層性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。近幾年來，化學(xué)復(fù)合鍍N1-P-金剛石復(fù)合鍍層受到人們的廣泛關(guān)注，該涂層具有摩擦系數(shù)小、耐磨性能顯著優(yōu)于高速鋼等特點(diǎn)。但是，由于N1-P合金鍍層強(qiáng)度低、易發(fā)生變形、金剛石顆粒與N1-P鍍層結(jié)合強(qiáng)度較弱等原因，N1-P-金剛石復(fù)合鍍層在磨損過程中，容易引起大量的金剛石顆粒從復(fù)合鍍層中剝離，堆積在磨損界面上，加劇復(fù)合鍍層本身的磨損，同時使摩擦系數(shù)上升，使復(fù)合鍍層的耐磨性能下降。因此,如何開發(fā)出生產(chǎn)成本低、高硬度、高壽命的涂層無疑對生產(chǎn)和科研意義重大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種N1-P-金剛石-TiAlN耐磨減磨復(fù)合涂層及其制備方法，它具有耐磨性高、壽命高，生`產(chǎn)工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明是這樣來實(shí)現(xiàn)的，首先采用光亮化學(xué)復(fù)合鍍的方法制備N1-P-金剛石復(fù)合鍍層，使其P、金剛石和Ni含量分別為5-10被％、10-20被％和70-85wt%，鍍層厚度為10-20微米，所用金剛石微粒的直徑5-10微米，然后在該N1-P-金剛石鍍層表面用電弧離子鍍的方法沉積TiAlN涂層，使該TiAlN層的厚度為5-10微米，T1、Al和N含量分別為47_62wt%U5-25wt%^P 24-27wt0
[0006]本發(fā)明的技術(shù)效果是:本發(fā)明耐磨性高、壽命高，在使N1-P-金剛石-TiAlN復(fù)合涂層在與45號鋼長時間摩擦磨損的過程中，摩擦系數(shù)始終保持在0.2以下，磨損壽命是常規(guī)N1-P-金剛石化學(xué)復(fù)合鍍層的2-5倍以上。并且本發(fā)明制備方法簡單，成本低，具有非常好的推廣應(yīng)用價值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為本發(fā)明的N1-P-金剛石復(fù)合鍍層的表面形貌圖。[0008]圖2為本發(fā)明的N1-P-金剛石-TiAlN復(fù)合涂層的表面形貌圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做詳細(xì)闡述:
實(shí)施例1
在實(shí)踐生產(chǎn)中，在高速鋼W6Mo5Cr4V2上制備N1-P-金剛石-TiAlN復(fù)合涂層，其具體的工藝和過程如下:
I)前處理:將W6Mo5Cr4V2高速鋼鋼板切割成20mmX20mmX3mm的試樣，試樣的中上部鉆直徑為3mm的通孔，試樣經(jīng)粗磨、細(xì)磨和拋光處理，使其表面粗糙度小于0.5微米；
2)化學(xué)光亮復(fù)合鍍N1-P-金剛石復(fù)合鍍層:其配方和工藝條件為:硫酸鎳25g/L，次亞磷酸鈉24 g/L，乳酸25 ml/L，硼酸10 g/L，乙酸鈉20 g/L, EDTA (表面光亮劑)0.05g/L，金剛石25g/L，金剛石微粒直徑5-10微米，pH值4.6-5，溫度85?90 °C，機(jī)械攪拌速度750 r/ min,時間60min，N1-P-金剛石復(fù)合鍍層厚度約12微米，其中P、金剛石和Ni含量分別為 6wt%、12wt% 和 82wt% ；
3)電弧離子鍍TiAlN涂層:其工藝條件如下=N2分壓1.0Pa, Ar分壓0.5Pa，弧電流是60A，溫度150°C，時間是50min，偏壓-650V，占空比30%，所用靶材Al含量為20wt%的TiAl合金靶，TiAlN涂層厚度約5微米，其中T1、Al和N含量分別為60wt%、16wt%和24wt% ；
經(jīng)試驗(yàn)檢驗(yàn)，所制備的N1-P-金剛石-TiAlN復(fù)合涂層，摩擦系數(shù)始終保持在0.18以下，并且使用壽命是常規(guī)N1-P-金剛石化學(xué)復(fù)合鍍層的2.3倍。
[0010]實(shí)施例2
在實(shí)踐生產(chǎn)中，在高速鋼W6Mo5Cr4V2上制備N1-P-金剛石-TiAlN復(fù)合涂層，其具體的工藝和過程如下:
I)前處理:將W6Mo5Cr4V2高速鋼鋼板切割成20mmX20mmX3mm的試樣，試樣的中上部鉆直徑為3mm的通孔，試樣經(jīng)粗磨、細(xì)磨和拋光處理，使其表面粗糙度小于0.5微米；
2)化學(xué)光亮復(fù)合鍍N1-P-金剛石復(fù)合鍍層:其配方和工藝條件為:硫酸鎳25g/L,次亞磷酸鈉26 g/L，乳酸25 ml/L，硼酸10 g/L，乙酸鈉20 g/L, EDTA (表面光亮劑)0.03g/L，金剛石30g/L，金剛石微粒直徑5-10微米，pH值4.6-5，溫度85?90 °C，機(jī)械攪拌速度750 r/ min,時間90min，N1-P-金剛石復(fù)合鍍層厚度約16微米，其中P、金剛石和Ni含量分別為 7.5wt%, 15wt% 79.5wt% ；
3)電弧離子鍍TiAlN涂層:其工藝條件如下=N2分壓1.0Pa, Ar分壓0.5Pa，弧電流是60A，溫度150°C，時間是70min，偏壓-650V，占空比30%，所用靶材Al含量為27wt%的TiAl合金靶，TiAlN涂層厚度約7微米，其中T1、Al和N含量分別為54wt%、20wt%和26wt% ；
經(jīng)試驗(yàn)檢驗(yàn)，所制備的N1-P-金剛石-TiAlN復(fù)合涂層，摩擦系數(shù)始終保持在0.18以下，并且使用壽命是常規(guī)N1-P-金剛石化學(xué)復(fù)合鍍層的3.8倍。
[0011]實(shí)施例3
在實(shí)踐生產(chǎn)中，在高速鋼W6Mo5Cr4V2上制備N1-P-金剛石-TiAlN復(fù)合涂層，其具體的工藝和過程如下:
I)前處理:將W6Mo5Cr4V2高速鋼鋼板切割成20mmX20mmX 3mm的試樣，試樣的中上部鉆直徑為3_的通孔，試樣經(jīng)粗磨、細(xì)磨和拋光處理，使其表面粗糙度小于0.5微米；2)化學(xué)光亮復(fù)合鍍N1-P-金剛石復(fù)合鍍層:其配方和工藝條件為:硫酸鎳25g/L,次亞磷酸鈉30g/L，乳酸25 ml/L，硼酸10 g/L，乙酸鈉20 g/L, EDTA (表面光亮劑)0.03g/L，金剛石35g/L，金剛石微粒直徑5-10微米，pH值4.6-5，溫度85~90 °C，機(jī)械攪拌速度750 r/ min，時間120min，N1-P-金剛石復(fù)合鍍層厚度約19微米，其中P、金剛石和Ni含量分別為 10wt%、19wt°/c^P 71wt% ；
3)電弧離子鍍TiAlN涂層:其工藝條件如下=N2分壓1.0Pa, Ar分壓0.5Pa，弧電流是60A，溫度150°C，時間是90min，偏壓-650V，占空比30%，所用靶材Al含量為36wt%的TiAl合金靶，TiAlN涂層厚度約9微米，其中T1、Al和N含量分別為48wt%、25wt%和27wt% ；
經(jīng)試驗(yàn)檢驗(yàn)，所制備的N1-P-金剛石-TiAlN復(fù)合涂層，摩擦系數(shù)始終保持在0.18以下，并且使用壽命是常規(guī)N1-P`-金剛石化學(xué)復(fù)合鍍層的5.1倍。
【權(quán)利要求】
1.一種N1-P-金剛石-TiAlN耐磨減磨復(fù)合涂層，其特征在于所述復(fù)合涂層包括N1-P-金剛石復(fù)合鍍層和TiAlN涂層，其中N1-P-金剛石復(fù)合鍍層厚度為10-20微米，其組份中P、金剛石和Ni含量分別為5-10被％、10-20被％和70-85wt%，金剛石微粒的直徑為5-10微米；其中TiAlN涂層厚度為5-10微米，其組份中T1、Al和N含量分別為47_62wt%、15-25wt°/c^P 24-27wt%。
2.如權(quán)利要求1所述的一種N1-P-金剛石-TiAlN耐磨減磨復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于所述的制備方法包括以下步驟: (1)采用光亮化學(xué)復(fù)合鍍的方法制備N1-P-金剛石復(fù)合鍍層； (2)采用電弧離子鍍的方法在N`1-P-金剛石復(fù)合鍍層表面制備TiAlN涂層。
【文檔編號】C23C18/36GK103770396SQ201210414215
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月26日
【發(fā)明者】馮長杰, 林佳平, 胡弦, 江鳶飛, 廖飛彪, 聶婷婷, 顧得權(quán), 周雅, 杜楠 申請人:南昌航空大學(xué)