寧波材料所使PVD耐磨涂層可鍍厚度邁入百微米級時代
物理氣相沉積(physical vapor deposition, PVD)技術(shù),是一種在真空條件下利用物理過程將材料源轉(zhuǎn)變成原子、分子或等離子體并最終沉積到基體表面上的方法。該技術(shù)所鍍制的涂層光滑致密且與基體結(jié)合良好,所采用的工作溫度較低因而基體材料適用范圍極廣,所產(chǎn)生的環(huán)境排放無污染故而屬于綠色環(huán)保加工技術(shù)。特別是采用該技術(shù)所鍍制的減摩耐磨涂層,不僅具有低摩擦和低磨損的特點,更是具有高硬度、強結(jié)合、耐腐蝕等優(yōu)點,已廣泛應用于航空航天、海洋工程、機械制造以及汽車零部件等行業(yè)。
然而絕大多數(shù)PVD耐磨涂層的可鍍厚度均小于10微米,采用特殊梯度界面設(shè)計的PVD耐磨涂層可鍍厚度也難以超過50微米,極大地限制了其在重載、長壽命、高可靠性零部件表面的應用。寧波材料所王永欣博士等人通過對真空反應腔室內(nèi)等離子體能量及狀態(tài)的設(shè)計與調(diào)控,有效降低了PVD耐磨涂層成膜過程中受轟擊作用所產(chǎn)生的內(nèi)部應力積聚和表面反濺射損失,成功使CrN等典型PVD耐磨涂層的單層可鍍厚度達到100微米,這預示著采用梯度層、交替層或多元復合等結(jié)構(gòu)設(shè)計方法有望實現(xiàn)PVD耐磨涂層更大厚度的制備,使PVD耐磨涂層的可鍍厚度邁入百微米/亞毫米級時代,極大地提高了PVD耐磨涂層的承載能力和使用壽命,同時也為閥門、葉片等復雜工況下高可靠性零部件的表面防護開辟了新的途徑。
該部分研究工作受到了國家自然科學基金面上項目(NO. 51475449)和中科院海洋新材料與應用技術(shù)重點實驗室基金的支持。


所制備涂層的界面形貌圖
(表面事業(yè)部/中科院海洋新材料與應用技術(shù)重點實驗室 王永欣)