[发明专利]制备单质钨膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备单质钨膜的方法，具体地说是利用射频溅射技术 制备单质钨膜。

背景技术

固体润滑薄膜在摩擦时固体润滑剂在对偶材料表面形成转移膜，使摩 擦发生在润滑剂内部，从而减少摩擦，降低磨损。润滑膜一方面可以防止 对偶材料表面直接接触，另一方面可以减小接触薄层的剪切强度，从而显 著减小摩擦系数。层状物(硫化亚铁、二硫化钼、石墨、二硫化钨)固体 润滑薄膜是常用的固体润滑材料，具有良好的摩擦学性能，在航空、航天、 汽车工业等领域都有应用，是机械设备中摩擦副表面应用得最多的固体润 滑薄膜类型，在改善摩擦副的润滑状态方面发挥了很大作用。

由于不同种类的固体润滑薄膜有着各自的最适合的用途和使用条件 要求。因此固体润滑薄膜的种类需要不断拓展，固体润滑薄膜对苛刻工况 的适应性需要不断加强。现有的固体润滑薄膜制备技术主要有制备出的钨 膜纯度不高，硬度以及与基体结合强度较低，表面结晶度欠佳等缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种操作方法简捷、制备出的钨膜摩擦性能良 好的单质钨膜的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种制备单质钨膜的方法，其包括以下工艺：首先将基体加热至100～ 150℃；然后在磁控溅射设备中，高纯氩气环境下采用纯钨靶在基体上溅 射沉积钨膜。氩气一般纯度为99.999％的高纯氩气。

上述最佳沉积基体为金属，所述基体若采用45^#钢，则加热前进行淬 火工艺，表面粗糙度为0.4μm，淬火硬度为50～60HRC。

上述的一种制备单质钨膜的方法，其中，所述磁控溅射设备的工作气 压为2×10^-3～3×10^-3Pa，溅射电流为：1～2A。

上述的一种制备单质钨膜的方法，其中，所述钨膜的厚度由基体在靶 前的沉积速率来控制，沉积钨膜时，基体在靶前的沉积速率为50～ 75nm/min，制备钨膜的厚度为0.5～2μm。

上述的一种制备单质钨膜的方法，其中，所述基体还可以为玻璃片， 加热前需先进行超声清洗。

上述的单质钨膜的制备工艺采用的设备为磁控溅射设备，工作时，将 基体置于转架上，靶面为射频高纯钨靶，工作气压、电流、靶面在基体上 的停留时间等参数可调。工作原理为：电子在电场的作用下加速飞向基片 的过程中与氩原子发生碰撞，电离出大量的氩离子和电子，电子飞向基片， 氩离子在电场的作用下加速轰击靶材，溅射出大量的钨原子，呈中性的钨 原子沉积在基片上成膜。

本发明所用钨靶的最佳纯度为90～99.95％，可根据实际需要在市场购 买得到。

本发明制备的单质钨膜可用于机械性的设备表面的防摩擦，尤应用在 精密仪器上具有很好的效果。

通过本发明所述方法制备的单质钨膜还可以进一步通过低温离子渗 流处理进一步得到WS₂膜。

本发明的优点与效益：

(1)由本发明方法制备的单质钨膜与现有钨膜相比纳米力学性能均 匀优异，纳米硬度是钨块硬度的三倍以上，且钨膜晶粒较细，具有较多的 晶界，从而更有利于进一步渗硫处理时得到WS₂固体润滑薄膜。

(2)本发明所制备的钨膜组织紧密，分布均匀，因此防护性能良好。

(3)本发明所制备的钨膜与基体结合良好。

(4)发明所述磁控溅射方法操作简便，技术可靠，可适用广泛的薄 膜制备。

下面结合附图及最佳实施方式对本发明做进一步说明，以使公众对发 明内容有整体和充分的了解，而并非对本发明保护范围的限定。前述部分 已经充分公开了本发明可以实施的保护范围，因此凡依照本发明公开内容 进行的任何本领域公知的等同替换，均属于对本发明的侵犯。

附图说明

图1为实施例1制备的厚度为2μm的单质钨膜和钨块在5个不同位 置的纳米硬度；

图2为实施例1制备的厚度为2μm的单质钨膜和钨块在5个不同位 置的弹性模量；

图3为实施例2制备的厚度为0.5μm的单质钨膜和钨块在5个不同 位置的纳米硬度；

图4为实施例2制备的厚度为0.5μm的单质钨膜和钨块在5个不同 位置的弹性模量；

图5为磁控溅射设备工作示意图。