帶有微結(jié)構(gòu)形貌的納米復(fù)合薄膜2。
[0044]如此在高速鋼工件表面融覆一層耐磨疏水納米復(fù)合薄膜，測(cè)得薄膜的膜基結(jié)合力85Ν，硬度42GPa，摩擦系數(shù)為0.33，水接觸角為142°。
[0045]實(shí)施例2
[0046]所述的耐磨疏水納米復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下具體順序步驟:
[0047](I)工件清洗
[0048]鈦合金工件在裝入真空室之前，采用MVWH5-3045型炭化水素清洗機(jī)進(jìn)行的清洗，依次經(jīng)過超聲波水清洗、純水超聲波清洗、水置換、真空負(fù)壓超聲波清洗、減壓蒸汽清洗干燥。該清洗工藝是在傳統(tǒng)超聲水清洗的基礎(chǔ)上引入真空清洗及真空干燥一體化技術(shù)方案，避免清洗和干燥分離而引入的二次污染；以炭化水素取代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑，具有清洗徹底的特點(diǎn)；另外，采用連續(xù)自動(dòng)化清洗流程，極大提升清洗效率。
[0049]薄膜沉積實(shí)驗(yàn)在MMLab-Arc-1I型增強(qiáng)磁過濾脈沖偏壓電弧離子鍍?cè)O(shè)備上進(jìn)行。首先采用機(jī)械泵、羅茨泵以及分子泵對(duì)真空室進(jìn)行抽氣，當(dāng)本底真空低于5X KT3Pa時(shí)，所有工件進(jìn)行5min的氬離子輝光清洗，以去除鈦合金工件表面的鈍化膜和其它雜質(zhì)。輝光清洗過程中的具體參數(shù)為:氣壓為1.5Pa，鈦合金工件上施加的負(fù)脈沖偏壓幅值為-500V，占空比為50 %，頻率為25KHz。
[0050](2)薄膜沉積
[0051]薄膜制備過程中，通入Ar氣和隊(duì)氣，保持沉積氣壓為0.5Pa，通過高壓脈沖點(diǎn)燃陰極靶材形成等離子體，然后在鈦合金工件負(fù)偏壓的作用下加速到達(dá)工件表面最終形成膜層。為提高薄膜的均勻性，樣品臺(tái)行星轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0052]首先在鈦合金工件表面沉積一層純金屬薄膜1，沉積時(shí)間為15mins ;完成后，在鈦合金工件表面繼續(xù)沉積一層納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜，沉積時(shí)間為90mins ;之后降低至室溫冷卻，取出鈦合金工件；
[0053](3)超快激光加工
[0054]將所述表面沉積一層納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜的鈦合金工件超聲清洗后放置在激光微加工設(shè)備的工作臺(tái)面上，開啟激光器，設(shè)置激光掃描路徑，進(jìn)行激光加工。皮秒激光器產(chǎn)生的單束激光通過光學(xué)元器件和聚焦透鏡直接將激光聚焦在樣品表面，固定激光器，通過計(jì)算機(jī)編程設(shè)置不同的樣品運(yùn)動(dòng)軌跡來實(shí)現(xiàn)不同周期性微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，在納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜表面制備出的微納雙重結(jié)構(gòu)為陣列方柱微結(jié)構(gòu)，陣列方柱的寬度為250 μπι，陣列方柱的深度為55 μ m ;激光掃描區(qū)域形成乳突狀微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)，乳突直徑為5 μ m。使得金屬工件表面的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜產(chǎn)生微納雙重結(jié)構(gòu)，制備完成帶有微結(jié)構(gòu)形貌的納米復(fù)合薄膜2。
[0055]如此在鈦合金工件表面融覆一層耐磨疏水納米復(fù)合薄膜，測(cè)得薄膜的膜基結(jié)合力72N，硬度43GPa，摩擦系數(shù)為0.38，水接觸角為141°。
[0056]實(shí)施例3
[0057]所述的耐磨疏水納米復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下具體順序步驟:
[0058](I)工件清洗
[0059]硬質(zhì)合金工件在裝入真空室之前，采用MVWH5-3045型炭化水素清洗機(jī)進(jìn)行的清洗，依次經(jīng)過超聲波水清洗、純水超聲波清洗、水置換、真空負(fù)壓超聲波清洗、減壓蒸汽清洗干燥。該清洗工藝是在傳統(tǒng)超聲水清洗的基礎(chǔ)上引入真空清洗及真空干燥一體化技術(shù)方案，避免清洗和干燥分離而引入的二次污染；以炭化水素取代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑，具有清洗徹底的特點(diǎn)；另外，采用連續(xù)自動(dòng)化清洗流程，極大提升清洗效率。
[0060]薄膜沉積實(shí)驗(yàn)在MMLab-Arc-1I型增強(qiáng)磁過濾脈沖偏壓電弧離子鍍?cè)O(shè)備上進(jìn)行。首先采用機(jī)械泵、羅茨泵以及分子泵對(duì)真空室進(jìn)行抽氣，當(dāng)本底真空低于5X KT3Pa時(shí)，所有工件進(jìn)行20min的氬離子輝光清洗，以去除工件表面的鈍化膜和其它雜質(zhì)。輝光清洗過程中的具體參數(shù)為:氣壓為3Pa，工件上施加的負(fù)脈沖偏壓幅值為-200V，占空比為90%，頻率為45KHz。
[0061]⑵薄膜沉積
[0062]薄膜制備過程中，通入Ar氣和隊(duì)氣，保持沉積氣壓為IPa，通過高壓脈沖點(diǎn)燃陰極靶材形成等離子體，然后在工件負(fù)偏壓的作用下加速到達(dá)工件表面最終形成膜層。為提高薄膜的均勻性，樣品臺(tái)行星轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0063]首先在硬質(zhì)合金工件表面沉積一層純金屬薄膜1，沉積時(shí)間為20mins ;完成后，在硬質(zhì)合金工件表面繼續(xù)沉積一層納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜，沉積時(shí)間為120mins ;之后降低至室溫冷卻，取出硬質(zhì)合金工件；
[0064](3)超快激光加工
[0065]將所述表面沉積一層納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜的硬質(zhì)合金工件超聲清洗后放置在激光微加工設(shè)備的工作臺(tái)面上，開啟激光器，設(shè)置激光掃描路徑，進(jìn)行激光加工。皮秒激光器產(chǎn)生的單束激光通過光學(xué)元器件和聚焦透鏡直接將激光聚焦在樣品表面，固定激光器，通過計(jì)算機(jī)編程設(shè)置不同的樣品運(yùn)動(dòng)軌跡來實(shí)現(xiàn)不同周期性微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，在納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜表面制備出的微納雙重結(jié)構(gòu)為陣列方柱微結(jié)構(gòu)，陣列方柱的寬度為500 μ m，陣列方柱的深度為100 μπ? ;激光掃描區(qū)域形成乳突狀微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)，乳突直徑為10 μπ?。使得硬質(zhì)合金工件表面的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜產(chǎn)生微納雙重結(jié)構(gòu)，制備完成帶有微結(jié)構(gòu)形貌的納米復(fù)合薄膜2。
[0066]如此在硬質(zhì)合金工件表面融覆一層耐磨疏水納米復(fù)合薄膜，測(cè)得薄膜的膜基結(jié)合力7IN，硬度46GPa，摩擦系數(shù)為0.37，水接觸角為144°。
[0067]實(shí)施例4
[0068]所述的耐磨疏水納米復(fù)合薄膜的制備方法，其特征在于，該方法包括以下具體順序步驟:
[0069](I)工件清洗
[0070]純金屬工件在裝入真空室之前，采用MVWH5-3045型炭化水素清洗機(jī)進(jìn)行的清洗，依次經(jīng)過超聲波水清洗、純水超聲波清洗、水置換、真空負(fù)壓超聲波清洗、減壓蒸汽清洗干燥。該清洗工藝是在傳統(tǒng)超聲水清洗的基礎(chǔ)上引入真空清洗及真空干燥一體化技術(shù)方案，避免清洗和干燥分離而引入的二次污染；以炭化水素取代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑，具有清洗徹底的特點(diǎn)；另外，采用連續(xù)自動(dòng)化清洗流程，極大提升清洗效率。
[0071](2)薄膜沉積
[0072]薄膜制備過程中，通入Ar氣和隊(duì)氣，保持沉積氣壓為0.3Pa，通過高壓脈沖點(diǎn)燃陰極靶材形成等離子體，然后在工件負(fù)偏壓的作用下加速到達(dá)工件表面最終形成膜層。為提高薄膜的均勻性，樣品臺(tái)行星轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0073]首先在純金屬工件表面沉積一層純金屬薄膜1，沉積時(shí)間為20mins ;完成后，在純金屬工件表面繼續(xù)沉積一層納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜，沉積時(shí)間為60mins ;之后降低至室溫冷卻，取出純金屬工件；
[0074](3)超快激光加工
[0075]將所述表面沉積一層納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜的純金屬工件超聲清洗后放置在激光微加工設(shè)備的工作臺(tái)面上，開啟激光器，設(shè)置激光掃描路徑，進(jìn)行激光加工。皮秒激光器產(chǎn)生的單束激光通過光學(xué)元器件和聚焦透鏡直接將激光聚焦在樣品表面，固定激光器，通過計(jì)算機(jī)編程設(shè)置不同的樣品運(yùn)動(dòng)軌跡來實(shí)現(xiàn)不同周期性微納結(jié)構(gòu)的構(gòu)建，在納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜表面制備出的微納雙重結(jié)構(gòu)為陣列方柱微結(jié)構(gòu)，陣列方柱的寬度為300 μ??，陣列方柱的深度為70 μ m ;激光掃描區(qū)域形成乳突狀微納米二級(jí)結(jié)構(gòu)，乳突直徑為7 μ m。使得純金屬工件表面的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜產(chǎn)生微納雙重結(jié)構(gòu)，制備完成帶有微結(jié)構(gòu)形貌的納米復(fù)合薄膜2。
[0076]如此在純金屬工件表面融覆一層耐磨疏水納米復(fù)合薄膜，測(cè)得薄膜的膜基結(jié)合力74N，硬度44GPa，摩擦系數(shù)為0.35，水接觸角為142°。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種耐磨疏水納米復(fù)合薄膜，其特征在于，所述的復(fù)合薄膜是以高速鋼、或鈦合金、或硬質(zhì)合金、或純金屬為基體，在其表面依次制備有純金屬薄膜(I)、帶有微結(jié)構(gòu)形貌的納米復(fù)合薄膜(2)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨疏水納米復(fù)合薄膜，其特征在于:所述純金屬薄膜(I)的厚度為0.05?0.2 μ m，所述帶有微結(jié)構(gòu)形貌的納米復(fù)合薄膜(2)的厚度為0.8?L O μ m0
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種耐磨疏水納米復(fù)合薄膜，其特征在于:其對(duì)水的接觸角大于140°。
【專利摘要】一種耐磨疏水納米復(fù)合薄膜，屬于金屬表面處理和改性技術(shù)領(lǐng)域。該復(fù)合薄膜是以高速鋼、或鈦合金、或硬質(zhì)合金、或純金屬為基體，在其表面依次制備有純金屬薄膜、帶有微結(jié)構(gòu)形貌的納米復(fù)合薄膜。制備方法為首先利用電弧離子鍍?cè)诨w材料表面沉積一層力學(xué)性能優(yōu)異的納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜，然后再利用超快激光加工技術(shù)在薄膜表面產(chǎn)生微納雙重結(jié)構(gòu)，制備成了兼具優(yōu)良力學(xué)性能和一定疏水性能的表面薄膜。本實(shí)用新型制備的薄膜保留了納米復(fù)合硬質(zhì)薄膜優(yōu)良的力學(xué)性能：表面硬度高、韌性、耐磨性、抗劃傷性能強(qiáng)，通過構(gòu)造薄膜表面的微結(jié)構(gòu)形貌使薄膜具備了一定的疏水性能。該制備方法設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單、成本低、能耗低、無污染，能夠?qū)崿F(xiàn)高效的綠色制造。
【IPC分類】C23C14-28, C23C14-16, C23C14-02, B23K26-352
【公開號(hào)】CN204529950
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520130804
【發(fā)明人】張 林, 林國(guó)強(qiáng)
【申請(qǐng)人】常州翊邁新材料科技有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月6日