【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及涂層材料，特別涉及一種硬質涂層、柔輪及其制備方法和應用。
技術介紹
1、諧波減速機具有結構緊湊、質量輕、承載能力強、傳動精度高等特點，廣泛應用于機器人自動化、航空航天等領域。柔輪是諧波減速機產品的的核心零件，它的摩擦磨損性能對于減速機的壽命及精度保持性能具有重要作用。
2、諧波減速機柔輪零件在經過原材料棒材鍛造成型熱處理及機加工后，一般會對其實施表面施加涂層進行強化處理，從而提升柔輪零件的齒根疲勞強度。但是，除了疲勞性能，柔輪零件的摩擦磨損性能對于諧波減速機的服役壽命以及精度保持性同樣至關重要，它直接影響著柔輪內壁與柔性軸承外圈以及柔輪齒面與剛輪齒面這兩對關鍵摩擦副在服役過程中的摩擦磨損行為。然而，現有的涂層暫時無法滿足既能提升柔輪零件耐磨性能實現高精度保持性、又保證長期服役壽命的需求。
技術實現思路
1、本專利技術旨在至少解決現有技術中存在的上述技術問題之一。為此，本專利技術的目的之一在于提供一種硬質涂層，通過設計包括金屬元素的內層和包括碳摻雜二硫化鉬的外層的硬質涂層，使形成的硬質涂層具有優異減摩耐磨效果，摩擦磨損性能好，且與基材具有良好的結合力。
2、本專利技術的目的之二在于提供一種硬質涂層的制備方法。
3、本專利技術的目的之三在于提供一種柔輪。
4、本專利技術的目的之四在于提供一種諧波減速機。
5、本專利技術的第一方面提供一種硬質涂層，所述硬質涂層設置于基材上，包括依次設置的內層和外層；所述內層的成分包
6、根據本專利技術實施方式中的硬質涂層，至少具有如下有益效果：
7、硬質涂層內層包括金屬元素，外層包括碳摻雜二硫化鉬，其中，內層發揮著過渡層的效果，外層發揮著減摩耐磨的效果。以含有金屬元素的內層作為過渡層，可以提升涂層與基材的結合力，具有良好的結合效果，而外層作為減摩耐磨層，以碳和二硫化鉬為主要成分，結合了兩者的優點，硬度高，耐磨性好，且摩擦潤滑性能好。
8、由于外層具有的減摩耐磨效果，施加了該硬質涂層的基材表面摩擦系數小、磨損率低，能夠減少長期磨損累積對產品帶來的負面影響，在對基材施加硬質涂層的對應工藝前后，基材具有極佳尺寸穩定性，從而保證產品具有低磨損、高精度保持性及長壽命等特征。
9、根據本專利技術的一些實施方式，按原子百分比計，所述外層的元素組成如下：c：50～80％，mo：15～30％，s：4～12％，其余元素＜10％。
10、其中，其余元素指的是在外層中不可避免地存在的其它雜質元素。
11、根據本專利技術的一些實施方式，所述外層的厚度為2～3μm。
12、根據本專利技術的一些實施方式，所述內層的厚度為0.5～1μm。
13、根據本專利技術的一些實施方式，所述內層的金屬元素包括鈦、鉻、鎳、鋁中的至少一種。
14、根據本專利技術的一些實施方式，所述外層的納米壓痕硬度為4～7gpa。
15、根據本專利技術的一些實施方式，所述硬質涂層發生粘合失效所需的負荷為40～60n。
16、根據本專利技術的一些實施方式，所述硬質涂層的摩擦系數為0.04～0.06。
17、本專利技術的第二方面提供一種本專利技術第一方面所述的硬質涂層的制備方法，包括如下步驟：
18、提供基材，通過磁控濺射依次在所述基材表面形成所述內層和所述外層。
19、根據本專利技術實施方式中的硬質涂層的制備方法，至少具有如下有益效果：
20、硬質涂層的制備方法操作簡單，容易控制，通過結合以上表面鍍膜的方法，采用磁控濺射工藝即可在基材表面引入了具有優異減摩耐磨效果和良好結合力的硬質涂層，適用于大規模工業生產。
21、根據本專利技術的一些實施方式，所述制備方法包括以下步驟：提供基材，通過對金屬靶材進行磁控濺射在基材表面形成內層，再對石墨靶材和二硫化鉬靶材同時進行磁控濺射形成外層。
22、根據本專利技術的一些實施方式，所述內層的磁控濺射的靶材包括金屬靶材；所述金屬靶材的磁控濺射條件滿足以下a)～c)中的至少一項：
23、a)直流偏壓為400～600v；
24、b)工作電流為1～3a；
25、c)處理時間為1～2h。
26、根據本專利技術的一些實施方式，所述外層的磁控濺射的靶材包括石墨靶材；所述石墨靶材的磁控濺射條件滿足以下d)～f)中的至少一項：
27、d)脈沖偏壓為300～500v；
28、e)工作電流為1～2a；
29、f)處理時間為3～5h。
30、根據本專利技術的一些實施方式，所述外層的磁控濺射的靶材還包括二硫化鉬靶材；所述二硫化鉬靶材的磁控濺射條件滿足以下g)～i)中的至少一項：
31、g)脈沖偏壓為300～500v；
32、h)工作電流為0.2～1a；
33、i)處理時間為3～5h。
34、本專利技術的第三方面提供一種柔輪，表面設有如本專利技術第一方面所述的硬質涂層，或本專利技術第二方面所述制備方法得到的硬質涂層。
35、根據本專利技術實施方式中的柔輪，至少具有如下有益效果：
36、以柔輪為基材，在柔輪表面施加硬質涂層，該硬質涂層的表面硬度高，具有優異的減摩耐磨效果，含有該硬質涂層的柔輪摩擦系數和磨損率降低，且柔輪與硬質涂層之間具有良好的結合力，應用時保證了高精度保持性，提升了耐久壽命。
37、本專利技術的第四方面提供一種諧波減速機，包括本專利技術第一方面所述的硬質涂層，或本專利技術第三方面所述柔輪。
38、根據本專利技術實施方式中的諧波減速機，至少具有如下有益效果：
39、諧波減速機中含有硬質涂層，該硬質涂層施加于柔輪上，在諧波減速機運行過程中，由于硬質涂層具有適中的硬度和減摩耐磨效果，且不易脫落，有效降低了柔輪零件的磨損率，降低了耐久后的精度退化率，從而使得諧波減速機具有長壽命、低磨損、高精度保持性的特征。
40、本專利技術的第五方面提供一種工業機器人關節部件，包括本專利技術第一方面所述硬質涂層，或本專利技術第三方面所述柔輪，或本專利技術第四方面所述諧波減速機。
41、諧波減速機是工業機器人上的核心部件，它的質量水平直接決定著機器人關節的性能。工業機器人關節包括本專利技術的諧波減速機、柔輪或硬質涂層，由于耐久壽命、精度保持性均得到了提升，工業機器人的定位精度和使用壽命也得到提高。
42、本專利技術的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術的實踐了解到。
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1.一種硬質涂層，其特征在于，所述硬質涂層設置于基材上，包括依次設置的內層和外層；所述內層的成分包括金屬元素，所述外層的成分包括碳摻雜二硫化鉬；所述內層靠近基材的表面。
2.根據權利要求1所述的硬質涂層，其特征在于，按原子百分比計，所述外層的元素組成如下：C：50～80％，Mo：15～30％，S：4～12％，其余元素＜10％。
3.根據權利要求1或2所述的硬質涂層，其特征在于，所述外層的厚度為2～3μm。
4.根據權利要求1所述的硬質涂層，其特征在于，所述內層的厚度為0.5～1μm。
5.根據權利要求1或4所述的硬質涂層，其特征在于，所述內層的金屬元素包括鈦、鉻、鎳、鋁中的至少一種。
6.根據權利要求1或2所述的硬質涂層，其特征在于，所述外層的納米壓痕硬度為4～7Gpa。
7.根據權利要求1所述的硬質涂層，其特征在于，所述硬質涂層發生粘合失效所需的負荷為40～60N。
8.根據權利要求1所述的硬質涂層，其特征在于，所述硬質涂層的摩擦系數為0.04～0.06。
9.一種權利要求1～8任一
10.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述內層的磁控濺射的靶材包括金屬靶材；所述金屬靶材的磁控濺射條件滿足以下a)～c)中的至少一項：
11.根據權利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述外層的磁控濺射的靶材包括石墨靶材；所述石墨靶材的磁控濺射條件滿足以下d)～f)中的至少一項：
12.根據權利要求11所述的制備方法，其特征在于，所述外層的磁控濺射的靶材還包括二硫化鉬靶材；所述二硫化鉬靶材的磁控濺射條件滿足以下g)～i)中的至少一項：
13.一種柔輪，其特征在于，表面設有如權利要求1～8任一項所述的硬質涂層，或權利要求9～12任一項所述制備方法得到的硬質涂層。
14.一種諧波減速機，其特征在于，包括權利要求1～8任一項所述的硬質涂層，或權利要求13所述柔輪。
15.一種工業機器人關節部件，其特征在于，包括權利要求1～8任一項所述硬質涂層，或權利要求13所述柔輪，或權利要求14所述諧波減速機。
...【技術特征摘要】
1.一種硬質涂層，其特征在于，所述硬質涂層設置于基材上，包括依次設置的內層和外層；所述內層的成分包括金屬元素，所述外層的成分包括碳摻雜二硫化鉬；所述內層靠近基材的表面。
2.根據權利要求1所述的硬質涂層，其特征在于，按原子百分比計，所述外層的元素組成如下：c：50～80％，mo：15～30％，s：4～12％，其余元素＜10％。
3.根據權利要求1或2所述的硬質涂層，其特征在于，所述外層的厚度為2～3μm。
4.根據權利要求1所述的硬質涂層，其特征在于，所述內層的厚度為0.5～1μm。
5.根據權利要求1或4所述的硬質涂層，其特征在于，所述內層的金屬元素包括鈦、鉻、鎳、鋁中的至少一種。
6.根據權利要求1或2所述的硬質涂層，其特征在于，所述外層的納米壓痕硬度為4～7gpa。
7.根據權利要求1所述的硬質涂層，其特征在于，所述硬質涂層發生粘合失效所需的負荷為40～60n。
8.根據權利要求1所述的硬質涂層，其特征在于，所述硬質涂層的摩擦系數為0.04～0.06。
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【專利技術屬性】
技術研發人員：張金睿，文剛，馮濤，蒲紫浩，莊劍毅，楊雄威，覃明，趙萬福，林文捷，
申請(專利權)人：廣東極亞精機科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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