用于高真空下類金剛石基固-液復(fù)合潤滑薄膜的制備方法
【專利說明】
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明涉及用于高真空下的類金剛石基固-液復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，屬于表 面工程技術(shù)領(lǐng)域。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004] 高硬度類金剛石薄膜和磁控瓣射二硫化鋼薄膜是近年來在航空航天、高技術(shù)裝備 潤滑系統(tǒng)等領(lǐng)域應(yīng)用較多的兩種固體潤滑薄膜，由于具有耐磨與潤滑一體化特性，類金剛 石薄膜是近年來受關(guān)注較多的新型防護(hù)薄膜。但是類金剛石膜在高真空下耐磨壽命不足和 摩擦系數(shù)環(huán)境敏感性問題，直接限制了其在航天技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，因此適用于高真空 環(huán)境下，具有強(qiáng)化和潤滑特性的低摩擦長壽命類金剛石薄膜一直是航天領(lǐng)域追求的理想固 體潤滑材料。
[0005] 對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行的檢索發(fā)現(xiàn)：為了提高類金剛石的高真空耐磨壽命和降低其摩擦 系數(shù)對環(huán)境的依賴性，已有的專利技術(shù)（如中國專利-公開號CN102994947A)提到，類 金剛石復(fù)合二硫化鋼納米多層薄膜來改善類金剛石膜層的環(huán)境適應(yīng)性，通過滲雜高真空磨 損性能優(yōu)異的二硫化鋼來提高其在高真空環(huán)境下的壽命，但其改善的方法犧牲了類金剛石 膜層的高硬度和化學(xué)穩(wěn)定性。因此必須開發(fā)一種在保持類金剛石膜層高硬度和化學(xué)穩(wěn)定性 的同時(shí)提高其在高真空環(huán)境下服役壽命的復(fù)合潤滑膜層。最佳思路就是采用固體-油脂復(fù) 合潤滑的方式，通過油脂來隔絕類金剛石膜和真空環(huán)境直接接觸，降低其環(huán)境敏感性，另一 方面由于油脂潤滑劑的存在，類金剛石膜的磨屑與潤滑劑混合后，容易在對偶上形成完整 的、含碳富油脂的轉(zhuǎn)移膜，摩擦副體系由"對偶材料-油脂-類金剛石膜"轉(zhuǎn)化為"類金剛石 膜-油脂-類金剛石膜"新的固-液潤滑體系，從而提高了整體摩擦副體系的磨損壽命。對 現(xiàn)有文獻(xiàn)和專利檢索，未發(fā)現(xiàn)采用WMeC(Me=Ti、化、W)為陰極弧源通過離子注入與沉積技 術(shù)來制備Me-C:H薄膜并用于高真空下的具體技術(shù)措施和手段。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的在于提出一種用于高真空下的類金剛石 基固-液復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，克服現(xiàn)有類金剛石膜在高真空下耐磨壽命不足和摩擦 系數(shù)環(huán)境敏感性等問題，獲得的類金剛石基固-液復(fù)合潤滑薄膜具有低摩擦、高硬度與初 性一體化等特性。
[0008] 為解決上述問題，本發(fā)明是通過W下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種用于高真空下的類 金剛石基固-液復(fù)合潤滑薄膜的制備方法，包括如下步驟： A)W鉛合金、鐵合金、軸承鋼作為基體材料，使用前進(jìn)行拋光、丙麗超聲清洗、無水己醇 超聲清洗、烘干并置于真空室中，抽真空至5.ox10中曰，在沉積薄膜前對樣件進(jìn)行Ar等離 子體瓣射清洗； B) 采用離子注入與沉積技術(shù)，選擇金屬M(fèi)e祀和金屬碳化物MeC祀作為陰極弧源，成和 C2H2作為反應(yīng)氣體，通過控制陰極弧源、反應(yīng)氣體的種類及組合來依次制備Me/MeN/MeNC/ MeC/Me-C:H過渡層膜層，最終獲得具有梯度過渡結(jié)構(gòu)的類金剛石復(fù)合多層薄膜； C) 選取真空潤滑油脂使其均勻吸附于膜層表面，得到類金剛石基固-液復(fù)合潤滑薄 膜。
[0009] 一些實(shí)施例中，Me可選取金屬TiXr、W，工作氣壓為3. 0X10 2~3. 0X10ipa，注入 脈沖負(fù)偏壓為20~25kV，處理時(shí)間為廣地。
[0010] 優(yōu)選地，所述過渡層單層厚度為100~400皿，表層金屬滲雜Me-C:H單層厚度為 200-800nm，復(fù)合膜層總厚度為1~4μm。
[0011] 本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)： 該方法采用等離子體浸沒離子注入與沉積技術(shù)在鉛合金、鐵合金、軸承鋼基底上依次 沉積Me/MeN/MeNC/MeC/Me-C:H(Me=Ti、化、W)膜層，最終獲得具有梯度過渡結(jié)構(gòu)的類金 剛石復(fù)合多層薄膜；并通過固-液復(fù)合潤滑處理技術(shù)解決了類金剛石膜在高真空下耐磨壽 命不足和摩擦系數(shù)環(huán)境敏感性問題，在高真空環(huán)境下的磨損率較傳統(tǒng)的二硫化鋼薄膜降低 廣2個(gè)數(shù)量級，實(shí)現(xiàn)了空間運(yùn)動部件表面強(qiáng)化及潤滑一體化處理。
[0012]
【附圖說明】
[0013] 通過閱讀參照W下附圖所作的對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它 特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更明顯： 圖1是本發(fā)明的的流程圖； 圖2是本發(fā)明的類金剛石基固-液復(fù)合潤滑薄膜摩擦磨損機(jī)理示意圖。
[0014]
【具體實(shí)施方式】
[0015] 參見示出本發(fā)明實(shí)施例的附圖，下文將更詳細(xì)地描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可 許多不同形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)解釋為受在此提出之實(shí)施例的限制。
[0016] 現(xiàn)參考附圖1~2詳細(xì)描述本發(fā)明的一種用于高真空下類金剛石基固-液復(fù)合潤 滑薄膜的制備方法： 實(shí)施例1 ; 一種用于高真空下的類金剛石基固-液復(fù)合潤滑薄膜，依次由TC4鐵合金、厚度為2μm的Ti/TiN/TiNC/TiC/Ti-C:H梯度多層類金剛石膜、LH201真空脂膜構(gòu)成。
[0017] 具體制備工藝按W下步驟進(jìn)行： (1) 將TC4合金樣件進(jìn)行拋光、丙麗超聲清洗、無水己醇超聲清洗、烘干并置于 PIIID-04型離子注入與沉積設(shè)備中，抽真空至5. 0X10申曰，在沉積薄膜前對樣件進(jìn)行Ar等 離子體瓣射清洗，清洗氣壓為0. 5Pa，偏壓為-6kV，清洗時(shí)間為30min; (2) 離子注入Ti粘結(jié)層，金屬Ti祀為陰極弧源，工作氣體為Ar，注入氣壓為 4. 0X10 2Pa，注入偏壓為-20kV，注入時(shí)間為比，注入層厚度約為200皿； (3) 離子注入與沉積TiN/TiNC/TiC過渡層，金屬Ti祀為陰極弧源，工作氣體依次為 成、成與C2H2混合氣體、C2H2，工作氣壓為0.IPa，注入與沉積偏壓為-20kV，每層過渡層制備 時(shí)間為化，制備獲得TiN/TiNC/TiC過渡層各個(gè)單層厚度為400nm，總厚度為1200nm; (4) 離子注入與沉積Ti-C:H功能層，TiC祀為陰極弧源，工作氣體為C2H2，工作氣壓為 0. 3Pa，注入與沉積偏壓為-20kV，制備時(shí)間為化，制備獲得Ti-C:H功能層厚度為600皿； (5) 選取LH201真空潤滑脂使其均勻吸附于Ti/TiN/TiNC/TiC/Ti-C:H梯度多層類金 剛石膜表面，得到類金剛石基固-液復(fù)合潤滑薄膜。
[001引 實(shí)施例2: 一種用于高真空下的類金剛石基固-液復(fù)合潤滑薄膜，依次由TC4鐵合金、厚度為2μm的Ti/TiN/TiNC/TiC/Ti-C:H梯度多層類金剛石膜、LH201真空脂膜構(gòu)成。
[0019] 具體制備工藝按W下步