CN209109361U

CN209109361U - 一种胶体磨部件的表面涂层

Info

Publication number: CN209109361U
Application number: CN201821752746.8U
Authority: CN
Inventors: 高燕
Original assignee: Ningbo University of Technology
Current assignee: Ningbo University of Technology
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2018-10-29
Publication date: 2019-07-16
Anticipated expiration: 2028-10-29

Abstract

本实用新型公开一种胶体磨部件的表面涂层。该表面涂层具有复合涂层结构，由Ti层、TiN层与TiCN层组成，Ti层位于所述胶体磨部件表面，TiN层位于Ti层表面，TiCN层位于TiN层表面。该复合涂层结构具有高硬度、高结合与低磨损的优点，能够提高胶体磨部件的耐磨损性能与耐腐蚀性能，实现对磨损、腐蚀环境条件下工作的胶体磨部件的有效防护，延长其使用寿命。

Description

一种胶体磨部件的表面涂层

技术领域

本发明属于表面工程领域，具体涉及一种胶体磨部件的表面涂层。

背景技术

胶体磨作为一种简单、高效、实用的精细物料处理设备广泛的应用于食品工业、化工工业、医药工业、建筑工业及日用化工等行业，国内也称其为剪切机、均质机等。其关键零部件多处于摩擦腐蚀工况环境中，例如：转子、定子、齿轮和轴套等。其中，最为核心的部件是直接和物料接触的转子和定子，该部件运行过程中和物料一样要经受强大的剪切、摩擦、高频振动及高速漩涡等物理作用，同时还有可能受到腐蚀性物料的化学作用。

为了使所加工的物料无污染，胶体磨部件多采用不锈钢制成，而在装配之前需要热处理或渗氮等强化处理，以提高零件耐磨性能，然而不锈钢热处理后维氏硬度最高在500HV(约为5GPa)左右，渗氮处理最高也只能达到1000HV(约为10GPa)左右，这对于胶体磨的工作特点来说是远远不够的。

实用新型内容

本实用新型提供一种胶体磨零部件，其表面具有复合涂层结构，具有高硬度、高结合与低磨损的优点。

本实用新型的技术方案为：一种胶体磨部件的表面涂层，其特征是：如图1所示，具有复合涂层结构，所述复合涂层结构由Ti层、TiN层与TiCN层组成，Ti层位于所述胶体磨部件表面，TiN层位于Ti层表面，TiCN层位于TiN层表面。

所述的Ti层指由Ti元素组成的涂层，属于现有涂层。

所述的TiN层指由Ti元素与N元素组成的涂层，属于现有涂层。

所述的TiCN层是指由Ti元素、C元素与N元素组成的涂层，属于现有涂层。

作为优选，所述复合涂层的总厚度大于或者等于5μm。

作为优选，所述Ti层的厚度是100～500nm。

作为优选，所述TiN层的厚度是1μm～3μm。

作为优选，所述TiCN层的厚度是3μm～6μm。

所述胶体磨部件是指胶体磨装置中的部件，包括但不限于转、定子、传动齿轮、轴套等。

上述复合涂层可以通过气相沉积的方法制备，胶体磨部件作为基体，以金属Ti为靶材，具体包括如下步骤：

(1)对基体进行表面预处理，以清洗、打磨基体表面；

(2)将表面预处理后的基体放入真空气相沉积镀膜设备，腔体抽真空，对基体进行预加热，加热温度为100～500℃；

(3)对基体施加偏压，对Ti靶施加靶电流，溅射Ti靶，在基体表面沉积Ti过渡层；然后，腔体中通入氮气，溅射Ti靶，在Ti过渡层表面沉积TiN层；最后，腔体中通入氮气与乙炔气体，溅射Ti靶，在TiN层表面沉积TiCN层。

作为优选，所述的步骤(1)中，待真空腔内气压抽至10^-2Pa以下时向真空腔体中通入工作氩气并调节气压至0.1～1Pa。

作为优选，在步骤(2)之后，开启Ti靶电源，用氩离子轰击Ti靶进行靶材表面清洗，然后进行步骤(3)。

作为进一步优选，在步骤(2)之后，开启Ti靶电源，用氩离子轰击Ti靶进行靶材表面清洗，用氩离子刻蚀基体表面，然后进行步骤(3)。

与现有技术相比，本实用新型在胶体磨部件表面设置复合涂层结构，其中Ti层作为过渡层，TiN层作为工作层，TiCN层作为润滑层，构成具有高结合、高硬度以及低磨损的复合涂层，能够提高胶体磨部件的表面硬度至1500HV以上，划痕结合力至50N以上，从而有效提高其耐磨损性能与耐腐蚀性能，实现了对磨损、腐蚀环境条件下工作的胶体磨部件的有效防护，显著延长其使用寿命。另外，采用气相沉积制备该复合涂层的方法简单易行、工艺过程环保、生成成本低廉，并且加工温度相对热处理较低，可以避免由于热处理造成的零部件尺寸变形过大而影响装配精度和工作稳定性。

附图说明

图1是本实用新型胶体磨部件的表面涂层的结构示意图。

图2是本实用新型实施例1中的复合涂层的扫描电镜图。

图3是本实用新型实施例1中的复合涂层的硬度测试结果图。

图4是本实用新型实施例1中的复合涂层与基体的结合力测试结果。

具体实施方式

下面结合实施例与附图对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

图1中的附图标记为：1-胶体磨部件；2-Ti层；3-TiN层；4-TiCN层。

实施例1：

本实施例中，胶体磨零部件为转定子，转定子材料为不锈钢，该转定子表面具有复合涂层结构，复合涂层结构由Ti层、TiN层与TiCN层组成，Ti层位于转定子表面，TiN层位于Ti层表面，TiCN层位于TiN层表面。

该转定子表面的复合涂层结构的制备方法如下：

(1)基体表面预处理

以转定子为基体，将基体置于装有清洗剂的超声波清洗槽中，水温为50℃超声除油，然后在常温去离子水中清洗，再脱水烘干。将烘干后的转定子表面进行喷砂处理以去除表面钝化层以及局部尖角、毛刺等，所用砂为粒度320目的白刚玉砂，喷砂压力为0.3MPa，喷砂距离为100mm，然后用高压气枪吹掉表面浮砂。

(2)基体预热

将经步骤(1)处理的基体装夹到气相沉积电弧离子镀设备的转盘上，腔体抽真空，同时加热至350℃。

(3)靶材清洗与基体刻蚀

向真空腔体中通入工作氩气至0.6Pa，启动电弧电源，Ti靶电流设置为65A，用氩离子轰击靶材进行靶材表面清洗，持续1min；然后，基体依次接通偏压至900V、1100V、1200V，用氩离子刻蚀基体表面，在每个偏压下刻蚀2min，每隔30s进行一次刻蚀，刻蚀时间30s。

(4)沉积复合涂层

基体偏压设置为30V，在基体表面沉积Ti过渡层，沉积时间1h。然后，停止氩气通入，向腔体内通入N₂，N₂流量为400sccm，在Ti过渡层表面沉积TiN涂层，沉积时间为2.5h。最后，通入N₂与乙炔气体，N₂流量为400sccm，乙炔气体流量为40sccm，在TiN涂层表面沉积TiCN层，沉积时间为2.5h。

(5)涂层后处理

根据实际需要将制得的复合涂层进行喷砂处理，使涂层表面光亮化，喷砂压力0.3MPa，砂粒粒度320目，喷砂距离100mm，喷砂角度45砂。

上述制得的复合涂层在JSM-6701F扫描电镜下的截面如图2所示，显示涂层均匀致密，总厚度约为10微米。

采用MTS-Nano G200纳米压痕仪测试上述制得的涂层硬度，结果如图3所示，显示该涂层硬度值为21.5GPa。

采用CSM-revetest0划痕测试仪对上述制得的涂层与基体的结合力进行测试，结果如图4所示，涂层结合力约为100N。

以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种胶体磨部件的表面涂层，其特征是：具有复合涂层结构，所述复合涂层结构由Ti层、TiN层与TiCN层组成，Ti层位于所述胶体磨部件表面，TiN层位于Ti层表面，TiCN层位于TiN层表面。

2.如权利要求1所述的胶体磨部件的表面涂层，其特征是：所述复合涂层的总厚度大于或者等于5μm。

3.如权利要求1所述的胶体磨部件的表面涂层，其特征是：所述Ti层的厚度是100nm～500nm。

4.如权利要求1所述的胶体磨部件的表面涂层，其特征是：所述TiN层的厚度是1μm～3μm。

5.如权利要求1所述的胶体磨部件的表面涂层，其特征是：所述TiCN层的厚度是3μm～6μm。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的胶体磨部件的表面涂层，其特征是：所述胶体磨部件包括转、定子、传动齿轮和轴套。