鋯復(fù)合材料涂層和形成涂層的方法
【專利說(shuō)明】鋯復(fù)合材料涂層和形成涂層的方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的奪叉引用
[0002] 本申請(qǐng)根據(jù)35 U.S.C. § 119要求于2014年4月7日提交于韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局的韓 國(guó)專利申請(qǐng)第10-2014-41202號(hào)的優(yōu)先權(quán)，在此將其公開(kāi)內(nèi)容全文并入作為參考。 發(fā)明領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及一種鋯復(fù)合材料涂層以及形成該涂層的方法，該鋯復(fù)合材料涂層可應(yīng) 用于車輛傳動(dòng)系部件的摩擦部位等。具體地，涂層可包括接觸力大大改善的中間層和摩擦 系數(shù)低且耐久性改善的功能層。
【背景技術(shù)】
[0004] 車輛的機(jī)械部件例如發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器起到通過(guò)聯(lián)鎖機(jī)械運(yùn)動(dòng)將動(dòng)能傳遞至車輪 的作用。但是，在機(jī)械部件之間，由于滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)、往復(fù)運(yùn)動(dòng)等過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦， 相當(dāng)大部分的動(dòng)能損失，并且部件受到磨損。
[0005] 為了解決這些問(wèn)題，已通過(guò)各種方式使用了低摩擦和高耐久性表面處理，以降低 機(jī)械部件互相接觸而導(dǎo)致摩擦的摩擦部位的摩擦。因此，摩擦造成的能量損失得以降低， 車輛的燃料效率、機(jī)械部件的耐久性壽命等均得以改善。典型地，已使用了鍍鉻（Cr)、滲氮 (nitriding)處理、涂覆氮化物例如CrN等，但不能充分得到低摩擦特性，并且應(yīng)用上述方 法的部件的耐久性可能降低。
[0006] 在相關(guān)領(lǐng)域，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出摩擦特性和耐久性比CrN涂層更好的DLC(類金剛石碳） 涂層。但是，通過(guò)使用PVD(物理氣相沉積）法形成DLC涂層時(shí)，涂層形成效率較低，并且成 本競(jìng)爭(zhēng)力也會(huì)較低，這是石墨革E材的派射效率（sputtering yield)相當(dāng)?shù)蛯?dǎo)致處理時(shí)間可 以是大約12小時(shí)或更長(zhǎng)。
[0007] 而且，當(dāng)通過(guò)使用CVD (化學(xué)氣相沉積）法形成DLC涂層時(shí)，處理率與PVD法相比 會(huì)較大，但形成的DLC涂層的硬度和耐久性會(huì)降低。
[0008] 由于DLC本身在殘余應(yīng)力較高方面的這些劣勢(shì)，基本上可提供中間層，例如Cr、 CrN和WCC。但是，由于要插入由不同材料制成的中間層，制造效率會(huì)降低。
[0009] 正因如此，高度需要可以因沉積速率高于DLC而得以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率、并且在改善 摩擦部件的低摩擦和耐磨性方面有效的涂層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明提供了通過(guò)提供厚度最優(yōu)的有效涂層來(lái)降低摩擦部位的摩擦等并增加耐 久性等的技術(shù)方案。
[0011] 在一示例性實(shí)施方式中，鋯復(fù)合材料涂層可以包括：ZrCuAlMo層，其是用于增加 基材和ZrCuAlMoN層之間的緊密接觸力并與基材的上表面接觸的中間層；和ZrCuAlMoN層， 其是摩擦系數(shù)低于基材并與ZrCuAlMo層的上表面接觸的功能層。具體地，ZrCuAlMoN層可 以包括混合層，該混合層是通過(guò)使氮（N)含量從與ZrCuAlM0層接觸的一表面到另一表面逐 漸增加而形成的濃度梯度層。
[0012] 在某些示例性實(shí)施方式中，ZrCuAlMo層可以包括鋯（Zr)、銅（Cu)、鋁（Al)和鉬 (Mo)，ZrCuAlMoN 層可以包括鋯（Zr)、銅（Cu)、鋁（Al)、鉬（Mo)和氮（N)。
[0013] 在某些示例性實(shí)施方式中，ZrCuAlMo層的厚度可以是大于大約Ομπι且小于或等 于大約0. 5 μ m。ZrCuAlMoN層的厚度可以是大約0. 1 μ m至大約10 μ m。
[0014] 在某些示例性實(shí)施方式中，涂層可以是具有以下結(jié)構(gòu)的多層薄膜涂層：其中 ZrCuAlMo層和ZrCuAlMoN層是反復(fù)層壓的。在另外某些示例性實(shí)施方式中，多層薄膜涂層 的ZrCuAlMo層和ZrCuAlMoN層可以獨(dú)立地為大于大約0 μ m且小于或等于大約0. 5 μ m。
[0015] 在另一示例性實(shí)施方式中，提供了形成鋯復(fù)合材料涂層的方法。該方法可包括 以下步驟：第一步驟，將氬（Ar)氣注入涂覆室（coating chamber)，然后形成具有氬離子 (Ar+)的等離子體態(tài)；第二步驟，對(duì)涂覆室進(jìn)行加熱，以活化鋯（Zr)、銅（Cu)、鋁（Al)和鉬 (Mo)靶材并使其離子化；第三步驟，將離子化的銅（Cu)、鋁（Al)和鉬（Mo)離子沉積在基材 的一表面上，形成ZrCuAlMo層；和第四步驟，逐漸增加涂覆室中氮?dú)猓∟2)的濃度，形成包括 混合層的ZrCuAlMoN層。具體地，在混合層中，氮含量可以從ZrCuAlMo層的上表面逐漸增 加，使得ZrCuAlMoN層與所述ZrCuAlMo層的上表面接觸。
[0016] 在某些示例性實(shí)施方式中，在降低涂覆室中氮?dú)猓∟2)的濃度以在ZrCuAlMoN層 的上表面上形成ZrCuAlMo層之后，通過(guò)逐漸增加氮?dú)猓∟2)濃度在所形成的ZrCuAlMo層 的上表面上形成ZrCuAlMoN層，這一過(guò)程可以反復(fù)進(jìn)行，以形成具有通過(guò)將ZrCuAlMo層和 ZrCuAlM0N層至少兩次或更多次地反復(fù)層壓在基材的上表面上而形成的結(jié)構(gòu)的多層薄膜涂 層。
[0017] 在某些示例性實(shí)施方式中，在第三步驟中形成的ZrCuAlMo層可以包括鋯（Zr)、 銅（Cu)、錯(cuò)（Al)和鉬（Mo)，ZrCuAlMo層的厚度可以是大于大約Ομπι且小于或等于大約 0. 5 μ m。在另外某些示例性實(shí)施方式中，在第四步驟中形成的ZrCuAlMoN層包括鋯（Zr)、銅 (Cu)、鋁（Al)、鉬（Mo)和氮（N)，ZrCuAlMoN層的厚度為大約0. 1 μπι至大約10 μπι。
[0018] 在某些示例性實(shí)施方式中，在第四步驟中，當(dāng)形成混合層時(shí)，氮?dú)猓∟2)的濃度可以 從基于氬氣（Ar)體積的大約Ovol%至大約50vol%逐漸增加。
[0019] 在另外某些示例性實(shí)施方式中，在第四步驟中，當(dāng)形成ZrCuAlMoN層時(shí)，氮?dú)猓∟2) 的濃度可以是基于氬氣（Ar)體積的大約5vol%至大約50vol%。
[0020] 如上所述，根據(jù)本發(fā)明的各示例性實(shí)施方式，摩擦部位的摩擦得以降低，從而提高 耐磨性、耐久性壽命等。而且，可以得到改善的與基材的緊密接觸力，并可以提高耐沖擊性 等。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 根據(jù)以下詳述并結(jié)合附圖可以更清楚地理解本公開(kāi)的上述和其他方面、特征和其 他優(yōu)勢(shì)，在附圖中：
[0022] 圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的示例性鋯復(fù)合材料涂層的橫截面視圖。
[0023] 圖2是顯示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的ZrCuAlMo層20和包括混合層40的 ZrCuAlMoN層30中的氮（N)含量變化的示例圖。
[0024] 圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的示例性多層薄膜涂層的橫截面視圖。顯 示的是反復(fù)層壓的示例性鋯復(fù)合材料涂層。
[0025] 圖4示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的示例性涂覆裝置的橫截面視 圖。
[0026] 圖5是在根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的實(shí)施例1中在緊密接觸力測(cè)試之后的顯微 視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 在本說(shuō)明書和權(quán)利要求書中使用的術(shù)語(yǔ)或詞不應(yīng)該解讀為限制于通常的含義或 詞典中的含義，而是應(yīng)該解讀為基于發(fā)明者能夠適當(dāng)定義術(shù)語(yǔ)的概念從而以最佳方式描述 他/她自己的發(fā)明的原則具有符合本發(fā)明的技術(shù)精神的含義和概念。
[0028] 本文使用的術(shù)語(yǔ)僅出于說(shuō)明【具體實(shí)施方式】的目的，而不是意在限制本發(fā)明。如本 文所使用的，單數(shù)形式"一個(gè)、一種、該"也意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文中另外明確指明。 還應(yīng)當(dāng)理解的是，在說(shuō)明書中使用的術(shù)語(yǔ)"包括、包含、含有"是指存在所述特征、整數(shù)、步 驟、操作、元素和/或部件，但是不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、 元素、部件和/或其群組。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)"和/或"包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列項(xiàng)的 任何和所有結(jié)合。
[0029] 除非具體指出或從上下文明顯得到，否則本文使用的術(shù)語(yǔ)"約"應(yīng)理解為在本領(lǐng)域 的正常容許范圍內(nèi)，例如在均值的2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差內(nèi)。"約"可以理解為在所述值的10%、9%、 8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0· 5%、0· 1%、0· 05%或0· 01% 內(nèi)。除非另外從上下文 明顯得到，否則本文中提供的所有數(shù)值都被術(shù)語(yǔ)"約"修飾。
[0030] 應(yīng)理解，本文使用的術(shù)語(yǔ)"車輛"或"車輛的"或其他類似術(shù)語(yǔ)包括通常的機(jī)動(dòng)車， 例如，包括多功能運(yùn)動(dòng)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(yùn)工具，飛行器等等，并且包括混合動(dòng)力車、電動(dòng)車、插入式混合電動(dòng)車、氫動(dòng)力車和其 他代用燃料車（例如，來(lái)源于石油以外的資源的燃料）。本文中提到的混合動(dòng)力車是具有兩 種或更多種動(dòng)力來(lái)源的車輛，例如具有汽油動(dòng)力和電動(dòng)力的車輛。
[0031] 在下文中，將參照表格、附圖等對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0032] 本發(fā)明涉及鋯復(fù)合材料涂層以及形成涂層的方法。在一方面，本發(fā)明提供鋯復(fù)合 材料涂層，其可以降低車輛傳動(dòng)系部件等的摩擦部位的摩擦，并提高其耐磨性。
[0033] 通常，為了降低發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等中摩擦部位的摩擦，并提高這些部件的耐久性壽 命等，在摩擦部位等的表面上形成涂層等。
[0034] 圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施方式的鋯復(fù)合材料涂層的截面的橫截面視圖。 如圖1所示，涂層可以包括：ZrCuAlMo層20,其與基材10的上表面--基材10表面的上部 接觸。由于與其他相鄰的材料接觸，基材表面上部可能發(fā)生摩擦。ZrCuAlMo層20也可以 是用于增加基材10和功能層ZrCuAlMoN層30之間的緊密接觸力的中間層。具體地，根據(jù)