一种硬质耐磨TaCx-Ag/a-C纳米复合涂层及其制备方法

本发明涉及物理气相沉积，涉及一种硬质耐磨tacx-ag/a-c涂层及其制备方法。

背景技术：

1、表面涂层从二元合金涂层到多组分涂层表现出“可裁剪性”，通过特定要求的设计进行改进，能够获得综合性能（高硬度、强韧性、耐磨损、自润滑）极佳的耐磨涂层材料。目前常用的过渡金属碳化物涂层增硬增韧的方法是在二元合金碳化物中引入第三种元素形成合金化，而通过调节c含量的方法实现机械性能的提高大部分仍然局限于二元合金。通过引入第三元素和调节c含量的组合方式控制涂层的厚度、颗粒大小等可以实现涂层的硬度和韧性的提升。

2、有研究表明ticx纳米复合涂层在相对较多的软相a-c（非晶碳）和较大的晶粒尺寸的ticx的组合可以设计强且韧的涂层，并且优异的摩擦学性能可以通过a-c基质获得。但是由于沉积参数的差异导致过渡金属碳化物(tmc)涂层的微观结构和相成分有明显的不同，现有技术只通过直接改变第三元素的溅射功率来实现第三元素的含量变化从而达到增硬增韧。然而c含量对涂层第三元素在tmc涂层中的结构形式和性能影响尚不明确，因此可以通过调节c含量来实现第三元素的固溶提升和非晶碳含量的控制，这将有利于能量转换利用最大化的同时得到机械和摩擦学性能优异的三元tmc涂层。

技术实现思路

1、本发明的目的是一种硬质耐磨tacx-ag/a-c涂层及其制备方法，通过改变反应气体ch4含量制备出一种硬质耐磨的tacx-ag/a-c涂层。

2、实现本发明的目的技术方案是：一种硬质耐磨tacx-ag/a-c涂层，所述的tacx-ag/a-c涂层中c:ta的值即x为0.62-0.89，优选为0.81-0.84；ag原子的含量为1.02-2.20 at.%，优选为1.84-2.20 at.%；a-c的含量为9.78-12.57 at.%，优选为10.42-11.28 at.%。

3、较佳的，tacx-ag/a-c纳米涂层的厚度为350-850nm，优选为460.5-500nm。在本发明所述的涂层中，部分c与ta成键形成tacx晶格，ag原子以固溶体的形式在tacx晶格中存在，其余的c以非晶碳形式存在。

4、上述硬质耐磨tacx-ag/a-c涂层的制备方法，包括如下步骤：

5、以ta靶和ag靶作为靶材，ch4为反应气体，氩气为溅射气体，通过直流磁控溅射靶材，在基底上获得tacx-ag/a-c涂层。

6、较佳的，基底采用单晶si衬底或718高温镍基体合金。

7、较佳的，溅射温度为300±20 ℃，溅射时间为30~35 min，ta靶溅射电流为400 ma，ag靶溅射电流为35ma。

8、较佳的，氩气与ch4气体总流量为40sccm，ch4气体的流量分压比（占比）为7.5-25vol%，优选为15-20 vol%。

9、较佳的，溅射前，在所述基底上沉积30~40 nm ti过渡层。

10、与现有技术相比，本发明具有以下优点：

11、1. tacx-ag/a-c纳米复合涂层相比传统二元tac涂层表现出更高的机械性能，能够提高涂层的摩擦学性能，在机械加工零件、航空航天等领域具有应用价值。

12、2.本发明可以通过tacx-ag/a-c纳米复合涂层的ag固溶度、晶粒大小、a-c含量的规律调节实现涂层结构的精细调整，从而实现机械性能和摩擦学性能的调整。

13、3.制备工序较简单，具有可靠的重复性，适合工业化、工程化的应用。

技术特征：

1.一种硬质耐磨tacx-ag/a-c涂层，其特征在于，所述的tacx-ag/a-c涂层中c:ta的值即x为0.62-0.89；ag原子的含量为1.02-2.20 at.%；a-c的含量为9.78-12.57 at.%。

2.如权利要求1所述的涂层，其特征在于，所述的tacx-ag/a-c涂层中c:ta的值即x为0.81-0.84。

3. 如权利要求1所述的涂层，其特征在于，ag原子的含量为1.84-2.20 at.%。

4. 如权利要求1所述的涂层，其特征在于，a-c的含量为10.42-11.28 at.%。

5.如权利要求1-4任一所述的涂层，其特征在于，tacx-ag/a-c纳米涂层的厚度为350-850nm，优选为460.5-500nm。

6.如权利要求1-5任一所述的硬质耐磨tacx-ag/a-c涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，基底采用单晶si衬底或718高温镍基体合金。

8. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，溅射温度为300±20 ℃，溅射时间为30~35min，ta靶溅射电流为400 ma，ag靶溅射电流为35ma。

9. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，氩气与ch4气体总流量为40sccm，其中，ch4气体的占比为7.5-25 vol%，优选为15-20 vol%。

10. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，溅射前，在所述基底上沉积30~40 nm ti过渡层。

技术总结
本发明公开一种硬质耐磨TaC<subgt;x</subgt;‑Ag/a‑C纳米复合涂层及其制备方法，以Ta靶和Ag靶作为靶材，CH<subgt;4</subgt;为反应气体，氩气为溅射气体，通过直流磁控溅射靶材，在基底上获得TaC<subgt;x</subgt;‑Ag/a‑C涂层。本发明能够通过CH<subgt;4</subgt;气体流量改变TaC<subgt;x</subgt;‑Ag涂中Ag原子固溶度和非晶碳含量，通过固溶强化效果增强和晶界强化实现涂层硬度和韧性的提高，同时良好的机械性能和摩擦反应生成的氧化物和石墨化a‑C润滑相使涂层摩擦学性能得到提升。

技术研发人员：刘雨,李建亮,李航
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13