具有低摩擦的涂層的制造方法技術(shù)

在包括加熱、緩沖層涂覆、涂覆和冷卻的使用等離子體制備涂層的方法中，制備具有低摩擦的涂層的方法包括：涂覆步驟，在某個涂覆溫度下使用Ti電弧源和Ag濺射源在基材的表面上形成TiAgN涂層；組分增加步驟，通過增加偏壓和濺射功率并持續(xù)一定時間來增加表面上的Ag組分；以及納米形成步驟，通過將溫度保持在比所述某個涂覆溫度高50~100℃的溫度并持續(xù)一定時間而在表面上形成Ag納米粒子。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
具有低摩擦的涂層的制造方法相關(guān)申請的交叉引用本申請依照35U.S.C.§119（a）要求于2011年11月25日提交的韓國專利申請第10-2011-0124270號的權(quán)益，其全部內(nèi)容并入本文以作參考。
本公開涉及一種制備具有低摩擦的涂層的方法，更具體地，本專利技術(shù)涉及一種通過控制工藝條件（偏壓、濺射功率等）在表面上形成納米級Ag粒子以形成涂層的方法。
技術(shù)介紹
通常而言，等離子體涂敷技術(shù)用于在真空條件下利用等離子體現(xiàn)象將材料涂敷在未處理的基材上。這樣的涂覆可以增加原始基材所不具有的機(jī)械和功能特性。等離子體涂敷技術(shù)通常分為CVD（化學(xué)氣相沉積）和PVD（物理氣相沉積）。對于PVD技術(shù)，真空沉積、濺射、離子鍍等被廣泛使用。離子鍍根據(jù)等離子體激活方法和涂覆材料電離方法還被進(jìn)一步分為多種涂覆方法。一種離子鍍技術(shù)是電弧離子鍍，其中使用電弧放電使涂覆材料（目標(biāo)物）作為負(fù)極而被蒸汽電離。電弧離子鍍可用于硬涂層的形成，因為其具有快速蒸發(fā)速度，從而引起快速涂覆，因此可得到良好的生產(chǎn)率、以及高電離、撞擊（crash）與遷移能量。DLC（類鉆碳）涂層是一種低摩擦涂層，其主要被用于涂覆常規(guī)的車輛部件。盡管DLC涂層已經(jīng)有利地進(jìn)行了大規(guī)模生產(chǎn)，并已被廣泛使用，但其在高溫與低溫下的摩擦特性不足且耐磨損性低。此外，DLC涂層還具有相當(dāng)長的摩擦穩(wěn)定區(qū)，這點也是問題。TiN涂覆材料具有優(yōu)異的耐熱性和耐磨性。然而，由于低摩擦特性不足，其在多種驅(qū)動部件上的應(yīng)用被限制。因此，為得到必要的低摩擦特性，使用例如Ag的軟金屬來形成復(fù)合涂層。然而，初始的低摩擦特性仍然有限，而且，難以精確地按照需要控制Ag組分。本專利技術(shù)涉及一種涂覆方法，其提供期望的低摩擦特性并顯著地減少成型后的磨合時間。具體來說，本專利技術(shù)涉及一種通過控制工序條件（偏壓、濺射功率等）在表面上形成納米級Ag粒子以形成涂層的方法，從而改善表面的低摩擦特性。本專利技術(shù)的此
技術(shù)介紹
部分所公開的信息僅為加強(qiáng)對本專利技術(shù)總體背景的理解，而不應(yīng)該被理解為承認(rèn)或任何形式地表明這些信息構(gòu)成本領(lǐng)域技術(shù)人員已經(jīng)知曉的現(xiàn)有技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
致力于解決上述與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的問題而作出本專利技術(shù)。本專利技術(shù)的目的是提供一種制備具有低摩擦的涂層的方法，具體而言，本專利技術(shù)涉及一種通過控制工藝條件（偏壓、濺射功率等）而在表面上形成納米級Ag粒子以形成涂層的方法。本專利技術(shù)提供與傳統(tǒng)涂層相比具有較好的低摩擦特性的涂層。基材可以是任何材料，其上可設(shè)有涂層以改進(jìn)低摩擦特性。根據(jù)多個方面，本專利技術(shù)提供車輛部件例如發(fā)動機(jī)和驅(qū)動部件上的涂層，因此，涂層可以形成在任何形成這類車輛部件的基材上。一方面，本專利技術(shù)提供使用等離子體來制備涂層的方法，包括加熱、緩沖層涂覆、涂覆（即，低摩擦層涂覆）以及冷卻。根據(jù)多個實施方式，低摩擦層涂覆步驟包括：涂覆步驟，使用Ti電弧源和Ag濺射源在合適的溫度范圍內(nèi)（“涂覆溫度”）在基材的表面上形成TiAgN涂層；組分增加步驟，通過在合適的時間段內(nèi)增加偏壓和濺射功率來增加表層上的Ag組分；以及納米形成步驟，通過在合適的時間段內(nèi)將溫度保持在高于涂覆溫度的合適溫度，以在表面上形成Ag納米粒子。根據(jù)多個實施方式，進(jìn)行3~7分鐘的組分增加步驟，從而來升高偏壓和濺射功率。根據(jù)多個實施方式，在比涂覆溫度高出約50~100℃的溫度下進(jìn)行納米形成步驟。根據(jù)多個實施方式，涂覆溫度為約250~350℃且涂覆步驟進(jìn)行約10~20分鐘。在納米形成步驟之后，可進(jìn)行冷卻步驟，其中溫度被降低到合適的溫度，例如室溫。該冷卻步驟可以在腔室內(nèi)進(jìn)行。根據(jù)多個實施方式，可以使用單一的腔室來進(jìn)行方法中的多個步驟，甚至所有步驟（即，加熱、緩沖層涂覆、涂覆和冷卻）。然而，如果需要的話，也可以提供多個腔室用于不同步驟。根據(jù)多個實施方式，加熱步驟包括，通過將腔室內(nèi)的條件保持在約300℃或更高的溫度持續(xù)約40分鐘或更長來使腔室內(nèi)的溫度分布均勻。在加熱步驟之后，可進(jìn)行緩沖層涂覆步驟。根據(jù)實施方式，緩沖層涂覆步驟包括，通過Ti電弧源將Ti涂層沉積在基材的表面上。附圖說明現(xiàn)在將參考附圖所圖示的本專利技術(shù)的某些示例性實施方式來詳細(xì)地描述本專利技術(shù)的上述和其它特征，下文給出的這些實施方式僅僅用于示例說明，因此不是對本專利技術(shù)的限制，其中：圖1是根據(jù)本專利技術(shù)一個實施方式的實施具有低摩擦的涂層的制備方法的涂覆裝置的構(gòu)造圖；圖2a是示出根據(jù)比較例的TiAgN涂層的微結(jié)構(gòu)的照片，圖2b是示出根據(jù)本專利技術(shù)涂覆的TiAgN涂層的微結(jié)構(gòu)的照片；圖3是根據(jù)比較例的TiAgN涂層以及根據(jù)本專利技術(shù)涂覆的TiAgN涂層在室溫和高溫（400℃）下的摩擦系數(shù)圖；圖4是示出根據(jù)比較例的TiAgN涂層以及根據(jù)本專利技術(shù)的TiAgN涂層的磨合時間的圖。應(yīng)當(dāng)理解到，所附的附圖并非必然是按比例的，其呈現(xiàn)了說明本專利技術(shù)基本原理的各種優(yōu)選特征的一定程度上簡化的表示。在附圖中，附圖標(biāo)記在附圖的幾張圖中通篇指代本專利技術(shù)的相同或等同部件。具體實施方式在下文中，現(xiàn)在將參考附圖對根據(jù)本專利技術(shù)優(yōu)選實施方式的制備具有低摩擦的涂層的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語“車輛”或“車輛的”或其它類似術(shù)語包括通常的機(jī)動車，例如，包括多功能運動車（SUV）、公共汽車、卡車、各種商務(wù)車的客車，包括各種船只和船舶的水運工具，飛行器等等，并且包括混合動力車、電動車、插入式混合電動車、氫動力車和其它代用燃料車（例如，來源于石油以外的資源的燃料）。如本文所提到的，混合動力車是具有兩種或多種動力源的車輛，例如，具有汽油動力和電動力的車輛。圖1是根據(jù)本專利技術(shù)一個實施方式的用來實施低摩擦涂層的制備方法的涂覆裝置的構(gòu)造圖。具體而言，根據(jù)一個實施方式的用于低摩擦涂覆的方法主要包括，使用該裝置進(jìn)行加熱、緩沖層涂覆、涂覆和冷卻。在加熱步驟中，使腔室內(nèi)的條件保持在合適的升高的溫度下，例如約300℃或更高的溫度，持續(xù)約40分鐘或更長，從而提供均勻的溫度分布。也就是說，腔體內(nèi)的溫度保持在約300℃或更高來平穩(wěn)地進(jìn)行N（氮）的反應(yīng)，其中N元素是用來實現(xiàn)耐熱性的，且加熱持續(xù)時間設(shè)定為約40分鐘或更長以在待涂覆的試樣的表面和內(nèi)部提供均勻的溫度分布。接下來，在清潔步驟中清潔試樣以除去雜質(zhì)，從而改善緩沖涂層與基材之間的粘合性。根據(jù)多個實施方式，可以使用乙醇和丙酮來進(jìn)行清潔步驟，其中使用合適時間的離子槍，例如20分鐘或更長。在清潔之后，使用電弧離子源進(jìn)行Ti緩沖層涂覆步驟，以提供使TiAgN層的粘合性改善的功能涂層，其隨后通過施加高偏壓而被涂覆在試樣的基材上。根據(jù)多個實施方式，通過激活Ti和Ag這兩種離子源在約250~350℃下進(jìn)行TiAgN涂覆（即，低摩擦層涂覆）。根據(jù)示例性實施方式，TiAgN涂覆的厚度優(yōu)選為2μm或更薄。根據(jù)傳統(tǒng)的涂覆方法（在下文中有時被作為比較例，并在圖2~4中有提及），通過在涂覆步驟后立即進(jìn)行冷卻步驟而完成涂覆。另一方面，根據(jù)本專利技術(shù)，在涂覆步驟之后，進(jìn)行以下組分增加步驟和納米形成步驟，以顯著地改善低摩擦特性。具體而言，根據(jù)多個實施方式，涂覆法是使用等離子體來制備涂層的方法，其包括：涂覆步驟，使用Ti電弧源和Ag濺射源于一定溫度在基材的表面上形成TiAgN涂層；組分增加步驟，通過在一定時間段內(nèi)增加偏壓和濺射功率來增加表面層上的Ag組分；以及納米形成步驟，通過在某本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種使用等離子體在基材的表面上制備低摩擦涂層的方法，包括：低摩擦涂層步驟，在某個涂覆溫度下使用Ti電弧源和Ag濺射源在所述基材的表面上形成TiAgN涂層，所述低摩擦涂層步驟還包括組分增加步驟，通過增加偏壓和濺射功率并持續(xù)一定時間使所述表面上的Ag組分增加，以及納米形成步驟，通過使溫度保持在高于所述涂覆溫度的某個溫度并持續(xù)一定時間而在所述表面上形成Ag納米粒子。

【技術(shù)特征摘要】
2011.11.25 KR 10-2011-01242701.一種使用等離子體在基材的表面上制備低摩擦涂層的方法，包括：低摩擦涂層步驟，在250～350℃的溫度下使用Ti電弧源和Ag濺射源在所述基材的表面上形成TiAgN涂層，組分增加步驟，通過在所述低摩擦涂層步驟的最后部分增加偏壓和濺射功率并持續(xù)一定時間使所述表面上的Ag組分增加，以及納米形成步驟，通過使溫度保持在比所述涂覆溫度高出50～100℃并持續(xù)一定時間而在所述表面上形成Ag納米粒子。2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述組分增加步驟中，使...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：呂寅雄，洪雄杓，崔光勛，姜赫，
申請(專利權(quán))人：現(xiàn)代自動車株式會社，
類型：發(fā)明
國別省市：