【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本申請涉及涂層，尤其涉及一種微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法及應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、隨著現(xiàn)代制造業(yè)的迅猛發(fā)展，對高性能工具的需求持續(xù)增長。在這些工具中，涂層技術(shù)作為提升耐用性與性能的關(guān)鍵手段，其重要性愈發(fā)凸顯。在機械加工、航空航天、汽車制造等多個關(guān)鍵領(lǐng)域，高性能工具的高效、精準(zhǔn)作業(yè)直接關(guān)系到生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。因此，開發(fā)具有優(yōu)異耐磨性、耐腐蝕性以及特定功能性的涂層技術(shù)，不僅有助于延長工具的使用壽命，還能顯著提高加工精度并降低生產(chǎn)成本。
2、在傳統(tǒng)的分層涂層設(shè)計中，涂層的摩擦和磨損通常從最上層開始。當(dāng)上層涂層磨損時，下層涂層往往無法完全發(fā)揮應(yīng)有的功能，甚至可能完全失去功能。這種分層涂層的結(jié)構(gòu)模式導(dǎo)致了涂層的綜合利用率顯著降低，從而影響其整體性能。此外，由于涂層在磨損后無法同時保持多層涂層的協(xié)同功能，涂層的使用壽命和功能表現(xiàn)都會受到明顯的限制。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本申請實施例通過提供一種微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法及應(yīng)用，解決了現(xiàn)有技術(shù)中分層涂層中的上層涂層磨損后，下層涂層無法完全發(fā)揮應(yīng)有的功能的技術(shù)問題。
2、第一方面，本申請實施例提供了一種微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，該方法包括：
3、將硬質(zhì)合金樣品切割成所需尺寸，以制得基材；
4、制備靜電紡絲掩模版；
5、將靜電紡絲掩模版覆蓋在基材的表面上，并利用磁控濺射設(shè)備在靜電紡絲掩模版所覆蓋的基材上進(jìn)行涂層沉積操作，得到具有微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層；其中，沉積材料為金屬、陶瓷、合金
6、結(jié)合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，將硬質(zhì)合金樣品切割成所需尺寸，以制得基材，包括：
7、采用線切割加工工藝，將硬質(zhì)合金樣品切割至所需尺寸；
8、使用水砂紙對切割后的硬質(zhì)合金樣品的表面進(jìn)行機械研磨處理，以去除其表面的氧化層和雜質(zhì)；
9、依次將機械研磨處理后的硬質(zhì)合金樣品置于丙酮、無水乙醇和去離子水進(jìn)行超聲波清洗，每次清洗時間為15-20分鐘，之后使用冷風(fēng)將其吹干，以制得基材。
10、結(jié)合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，基材的直徑為25mm，厚度為3mm的圓片。
11、結(jié)合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，制備靜電紡絲掩模版，包括：
12、配制靜電紡絲溶液；
13、采用靜電紡絲技術(shù)，將已配制的靜電紡絲溶液通過紡絲裝置在金屬圓環(huán)上進(jìn)行紡絲處理，以形成所需的靜電紡絲掩模版。
14、結(jié)合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，配制靜電紡絲溶液，包括：
15、稱量0.343g聚乙烯吡咯烷酮粉末，并將其少量多次地加入裝有5ml乙醇的燒杯中，同時用保鮮膜覆蓋燒杯以防止乙醇揮發(fā)，得到混合溶液；
16、使用磁力攪拌機對混合溶液攪拌，持續(xù)時間30min，直至聚乙烯吡咯烷酮粉末全部溶解于乙醇中，得到所需的靜電紡絲溶液。
17、結(jié)合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，采用靜電紡絲技術(shù)，將已配制的靜電紡絲溶液通過紡絲裝置在金屬圓環(huán)上進(jìn)行紡絲處理，以形成所需的靜電紡絲掩模版，包括：
18、靜電紡絲掩模版上的纖維結(jié)構(gòu)具有微納級特征，靜電紡絲的電壓為8-12kv，紡絲距離為10-15cm，通過調(diào)節(jié)靜電紡絲溶液的密度；
19、控制纖維在靜電紡絲掩模版上的分布密度和形貌，以確保靜電紡絲掩模版的微觀結(jié)構(gòu)與復(fù)合涂層所需的微觀結(jié)構(gòu)相匹配。
20、結(jié)合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，纖維的直徑范圍為300納米至2微米。
21、結(jié)合第一方面，在一種可能的實現(xiàn)方式中，將靜電紡絲掩模版覆蓋在基材的表面上，并利用磁控濺射設(shè)備在靜電紡絲掩模版所覆蓋的基材上進(jìn)行涂層沉積操作，得到具有微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層，其中，涂層沉積過程包括：
22、利用磁控濺射設(shè)備在靜電紡絲掩模版所覆蓋的基材上磁控濺射氮化鈦涂層，在此過程中，將氬氣作為保護濺射條件氣體，磁控濺射設(shè)備的射頻功率設(shè)定為110w-130w，工作壓力為0.5pa，真空度7.5×10-4pa，沉積時間為2-2.5h，沉積溫度為200℃，得到帶有氮化鈦涂層的樣品；
23、取出帶有氮化鈦涂層的樣品，并移除其中的靜電紡絲掩模版，得到表面具有纖維溝槽的基材；
24、再次利用磁控濺射設(shè)備，對具有纖維溝槽的基材進(jìn)行磁控濺射，以沉積碳潤滑涂層，在此過程中，將氬氣作為保護濺射條件氣體，磁控濺射設(shè)備的直流功率設(shè)定為50-70w，工作壓力為0.5pa，真空度7.5×10-4pa，沉積時間為1-1.5h，沉積溫度為400℃，得到具有微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層。
25、第二方面，本申請實施例提供了一種微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的應(yīng)用，包括第一方面或者第一方面任一可能的實現(xiàn)方式所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，將微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層應(yīng)用于切削工具、耐磨機械零件、電子器件及生物醫(yī)學(xué)器械表面。
26、本申請實施例中提供的一個或多個技術(shù)方案，至少具有如下技術(shù)效果：
27、本申請實施例提供了微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法。本申請融合了靜電紡絲技術(shù)和磁控濺射技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)了涂層沉積的高效與精確。所得到的復(fù)合涂層具有獨特的微納米結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)由靜電紡絲技術(shù)形成的纖維狀結(jié)構(gòu)與磁控濺射技術(shù)生成的納米顆粒、納米柱或納米薄膜共同構(gòu)成。通過構(gòu)建涂層內(nèi)部的微納米結(jié)構(gòu)，成功地在涂層中預(yù)留了均勻的填充空間，使得多種功能材料能夠均勻分布并協(xié)同發(fā)揮作用。這種創(chuàng)新設(shè)計不僅突破了傳統(tǒng)分層涂層“一旦磨損即失效”的局限，更在大幅提升涂層綜合性能方面展現(xiàn)出了卓越成效。
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1.一種微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，該方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，將硬質(zhì)合金樣品切割成所需尺寸，以制得基材，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，基材的直徑為25mm，厚度為3mm的圓片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，制備靜電紡絲掩模版，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，配制靜電紡絲溶液，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，采用靜電紡絲技術(shù)，將已配制的靜電紡絲溶液通過紡絲裝置在金屬圓環(huán)上進(jìn)行紡絲處理，以形成所需的靜電紡絲掩模版，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，纖維的直徑范圍為300納米至2微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，將靜電紡絲掩模版覆蓋在基材的表面上，并利用磁控濺射設(shè)備在靜電紡絲掩模
9.一種微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的應(yīng)用，其特征在于，包括利用權(quán)利要求1-8中任一項所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，將微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層應(yīng)用于切削工具、耐磨機械零件、電子器件及生物醫(yī)學(xué)器械表面。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，該方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，將硬質(zhì)合金樣品切割成所需尺寸，以制得基材，包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，基材的直徑為25mm，厚度為3mm的圓片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，制備靜電紡絲掩模版，包括：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，配制靜電紡絲溶液，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微納米結(jié)構(gòu)的復(fù)合涂層的制備方法，其特征在于，采用靜電紡絲技術(shù)，將已配制的靜電...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：向穎，徐西琳，王有慶，劉明慧，樊藝韜，王澤，吳文軒，楊甜甜，仁欠卓瑪，劉仲寶，
申請(專利權(quán))人：陜西科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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