Ni-P-金刚石-TiAlN耐磨减磨复合涂层及其制备方法
【专利摘要】一种Ni-P-金刚石-TiAlN耐磨减磨复合涂层及其制备方法，首先采用光亮化学复合镀的方法制备Ni-P-金刚石复合镀层，使其P和金刚石含量分别为15-10wt%和10-20wt%，镀层厚度为10-20微米，所用金刚石微粒的直径5-10微米，然后在该Ni-P-金刚石镀层表面用电弧离子镀的方法沉积TiAlN涂层，使该TiAlN层的厚度为5-10微米，Al含量为15-25wt%；本发明所得涂层耐磨性高、使用寿命长，在使Ni-P-金刚石-TiAlN复合涂层与45号钢长时间摩擦磨损的过程中，摩擦系数始终保持在0.2以下，磨损寿命是常规Ni-P-金刚石化学复合镀层的2-5倍以上；并且本发明制备方法简单，成本低，具有非常好的推广应用价值。
【专利说明】N1-P-金刚石-TiAIN耐磨减磨复合涂层及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种N1-P-金刚石-TiAlN耐磨减磨复合涂层及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近10年来，硬质涂层技术受到了越来越多的关注和研究，其中，最典型的两类涂层是以TiAlN涂层为基础的超硬涂层(硬度大于40GPa)和金刚石涂层。目前，TiAlN涂层由于具有内应力较小、高硬度和良好的抗高温氧化性能，被广泛应用于机械加工行业。以TiAlN涂层为基础的超硬涂层，如TiAlSiN涂层，虽然其硬度高，但是其内应力大、摩擦系数大(室温摩擦系数通常大于0.7)、韧性差，不符合现代绿色机械加工的要求，实际应用也很少，多数处于实验室研究阶段。金刚石涂层由于具有极高的硬度和极小的摩擦系数，广泛应用于低速机械加工领域，但由于金刚石涂层本身脆性大，在高温下很容易发生氧化，故金刚石涂层不能应用于高速机械加工或高进刀量机械加工，机械加工效率低，不符合现代机械加工高效率的基本要求。
[0003]化学复合镀工艺具有镀层生长速度快、与基材结合性能优良、所得镀层性能稳定等特点。近几年来，化学复合镀N1-P-金刚石复合镀层受到人们的广泛关注，该涂层具有摩擦系数小、耐磨性能显著优于高速钢等特点。但是，由于N1-P合金镀层强度低、易发生变形、金刚石颗粒与N1-P镀层结合强度较弱等原因，N1-P-金刚石复合镀层在磨损过程中，容易引起大量的金刚石颗粒从复合镀层中剥离，堆积在磨损界面上，加剧复合镀层本身的磨损，同时使摩擦系数上升，使复合镀层的耐磨性能下降。因此,如何开发出生产成本低、高硬度、高寿命的涂层无疑对生产和科研意义重大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供了一种N1-P-金刚石-TiAlN耐磨减磨复合涂层及其制备方法，它具有耐磨性高、寿命高，生`产工艺简单的优点。
[0005]本发明是这样来实现的，首先采用光亮化学复合镀的方法制备N1-P-金刚石复合镀层，使其P、金刚石和Ni含量分别为5-10被％、10-20被％和70-85wt%，镀层厚度为10-20微米，所用金刚石微粒的直径5-10微米，然后在该N1-P-金刚石镀层表面用电弧离子镀的方法沉积TiAlN涂层，使该TiAlN层的厚度为5-10微米，T1、Al和N含量分别为47_62wt%U5-25wt%^P 24-27wt0
[0006]本发明的技术效果是:本发明耐磨性高、寿命高，在使N1-P-金刚石-TiAlN复合涂层在与45号钢长时间摩擦磨损的过程中，摩擦系数始终保持在0.2以下，磨损寿命是常规N1-P-金刚石化学复合镀层的2-5倍以上。并且本发明制备方法简单，成本低，具有非常好的推广应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为本发明的N1-P-金刚石复合镀层的表面形貌图。[0008]图2为本发明的N1-P-金刚石-TiAlN复合涂层的表面形貌图。
【具体实施方式】
[0009]下面结合实施例对本发明做详细阐述:
实施例1
在实践生产中，在高速钢W6Mo5Cr4V2上制备N1-P-金刚石-TiAlN复合涂层，其具体的工艺和过程如下:
I)前处理:将W6Mo5Cr4V2高速钢钢板切割成20mmX20mmX3mm的试样，试样的中上部钻直径为3mm的通孔，试样经粗磨、细磨和抛光处理，使其表面粗糙度小于0.5微米；
2)化学光亮复合镀N1-P-金刚石复合镀层:其配方和工艺条件为:硫酸镍25g/L，次亚磷酸钠24 g/L，乳酸25 ml/L，硼酸10 g/L，乙酸钠20 g/L, EDTA (表面光亮剂)0.05g/L，金刚石25g/L，金刚石微粒直径5-10微米，pH值4.6-5，温度85?90 °C，机械搅拌速度750 r/ min,时间60min，N1-P-金刚石复合镀层厚度约12微米，其中P、金刚石和Ni含量分别为 6wt%、12wt% 和 82wt% ；
3)电弧离子镀TiAlN涂层:其工艺条件如下=N2分压1.0Pa, Ar分压0.5Pa，弧电流是60A，温度150°C，时间是50min，偏压-650V，占空比30%，所用靶材Al含量为20wt%的TiAl合金靶，TiAlN涂层厚度约5微米，其中T1、Al和N含量分别为60wt%、16wt%和24wt% ；
经试验检验，所制备的N1-P-金刚石-TiAlN复合涂层，摩擦系数始终保持在0.18以下，并且使用寿命是常规N1-P-金刚石化学复合镀层的2.3倍。
[0010]实施例2
在实践生产中，在高速钢W6Mo5Cr4V2上制备N1-P-金刚石-TiAlN复合涂层，其具体的工艺和过程如下:
I)前处理:将W6Mo5Cr4V2高速钢钢板切割成20mmX20mmX3mm的试样，试样的中上部钻直径为3mm的通孔，试样经粗磨、细磨和抛光处理，使其表面粗糙度小于0.5微米；
2)化学光亮复合镀N1-P-金刚石复合镀层:其配方和工艺条件为:硫酸镍25g/L,次亚磷酸钠26 g/L，乳酸25 ml/L，硼酸10 g/L，乙酸钠20 g/L, EDTA (表面光亮剂)0.03g/L，金刚石30g/L，金刚石微粒直径5-10微米，pH值4.6-5，温度85?90 °C，机械搅拌速度750 r/ min,时间90min，N1-P-金刚石复合镀层厚度约16微米，其中P、金刚石和Ni含量分别为 7.5wt%, 15wt% 79.5wt% ；
3)电弧离子镀TiAlN涂层:其工艺条件如下=N2分压1.0Pa, Ar分压0.5Pa，弧电流是60A，温度150°C，时间是70min，偏压-650V，占空比30%，所用靶材Al含量为27wt%的TiAl合金靶，TiAlN涂层厚度约7微米，其中T1、Al和N含量分别为54wt%、20wt%和26wt% ；
经试验检验，所制备的N1-P-金刚石-TiAlN复合涂层，摩擦系数始终保持在0.18以下，并且使用寿命是常规N1-P-金刚石化学复合镀层的3.8倍。
[0011]实施例3
在实践生产中，在高速钢W6Mo5Cr4V2上制备N1-P-金刚石-TiAlN复合涂层，其具体的工艺和过程如下:
I)前处理:将W6Mo5Cr4V2高速钢钢板切割成20mmX20mmX 3mm的试样，试样的中上部钻直径为3_的通孔，试样经粗磨、细磨和抛光处理，使其表面粗糙度小于0.5微米；2)化学光亮复合镀N1-P-金刚石复合镀层:其配方和工艺条件为:硫酸镍25g/L,次亚磷酸钠30g/L，乳酸25 ml/L，硼酸10 g/L，乙酸钠20 g/L, EDTA (表面光亮剂)0.03g/L，金刚石35g/L，金刚石微粒直径5-10微米，pH值4.6-5，温度85~90 °C，机械搅拌速度750 r/ min，时间120min，N1-P-金刚石复合镀层厚度约19微米，其中P、金刚石和Ni含量分别为 10wt%、19wt°/c^P 71wt% ；
3)电弧离子镀TiAlN涂层:其工艺条件如下=N2分压1.0Pa, Ar分压0.5Pa，弧电流是60A，温度150°C，时间是90min，偏压-650V，占空比30%，所用靶材Al含量为36wt%的TiAl合金靶，TiAlN涂层厚度约9微米，其中T1、Al和N含量分别为48wt%、25wt%和27wt% ；
经试验检验，所制备的N1-P-金刚石-TiAlN复合涂层，摩擦系数始终保持在0.18以下，并且使用寿命是常规N1-P`-金刚石化学复合镀层的5.1倍。
【权利要求】
1.一种N1-P-金刚石-TiAlN耐磨减磨复合涂层，其特征在于所述复合涂层包括N1-P-金刚石复合镀层和TiAlN涂层，其中N1-P-金刚石复合镀层厚度为10-20微米，其组份中P、金刚石和Ni含量分别为5-10被％、10-20被％和70-85wt%，金刚石微粒的直径为5-10微米；其中TiAlN涂层厚度为5-10微米，其组份中T1、Al和N含量分别为47_62wt%、15-25wt°/c^P 24-27wt%。
2.如权利要求1所述的一种N1-P-金刚石-TiAlN耐磨减磨复合涂层的制备方法，其特征在于所述的制备方法包括以下步骤: (1)采用光亮化学复合镀的方法制备N1-P-金刚石复合镀层； (2)采用电弧离子镀的方法在N`1-P-金刚石复合镀层表面制备TiAlN涂层。
【文档编号】C23C18/36GK103770396SQ201210414215
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月26日 优先权日:2012年10月26日
【发明者】冯长杰, 林佳平, 胡弦, 江鸢飞, 廖飞彪, 聂婷婷, 顾得权, 周雅, 杜楠 申请人:南昌航空大学