[发明专利]WS2/Ag复合梯度固体润滑薄膜的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种固体润滑薄膜的制造，特别是一种利用离子束辅助沉积技术制造减摩WS₂/Ag复合梯度固体润滑薄膜的制造方法。

背景技术

WS₂润滑薄膜是国内外固体润滑领域的主要研究方向，它具有很低的摩擦系数，较高的抗极压性能，抗氧化性能比MoS₂更好，适用于高温、高压、高真空、高负荷、高转速、高辐射、强腐蚀、超低温等苛刻条件。美国率先将其应用到航天飞机、战斗机、军用机械的链条传动等军事领域，同时也将其应用在计算机的硬盘驱动轴承，超高真空系统中的转动、滑动等部件上。

但是WS₂薄膜存在不能应用于潮湿环境的缺陷。WS₂晶体边缘的不饱和悬挂键化学活性较高，在潮湿、富氧环境中摩擦易粘合到金属表面并被氧化，导致摩擦性能下降。为解决这一问题，赖德明等就WS₂/Ag复合薄膜摩擦学性能进行研究。该实验将直流磁控溅射方法沉积的WS₂/Ag复合薄膜和在相同试验条件下用纯WS₂靶制备的WS₂薄膜进行比较。试验结果表明，在潮湿空气中WS₂/Ag 纳米复合薄膜的耐磨损性能比单一WS₂薄膜更优异，在不同试验环境下WS₂/Ag 纳米复合薄膜的摩擦曲线比WS₂薄膜更稳定。但是，该试验中WS₂/Ag纳米复合薄膜在真空环境下摩擦系数高于单一WS₂薄膜，达到了0.08，且Ag含量升高时，会生成岛状的单相Ag，降低膜层致密性、结合力，增加膜层粗糙度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种采用离子束辅助沉积技术(Ion beam assisted deposition,简称IBAD)制备减摩WS₂/Ag复合梯度固体润滑薄膜的方法，用于解决现有技术中该类薄膜在潮湿环境下摩擦系数上升、单一 WS₂薄膜易氧化失效的问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种WS₂/Ag复合梯度固体润滑薄膜的制造方法，其中，采用离子束辅助沉积方法在基材的表面形成WS₂/Ag复合梯度固体润滑薄膜，包括如下步骤：

S100、基材的预处理，对待加工的基材进行预处理，去除附着在所述基材表面的油脂、锈点和杂质；

S200、生成固体润滑薄膜，进一步包括：

S201、将所述基材放入真空室内，所述真空室与离子束辅助沉积装置连接，将所述真空室抽真空；

S202、分别采用低能离子源和高能离子源交替对所述基材进行表面改性，以在所述基材的表面生成WS₂/Ag复合梯度固体润滑薄膜，所述离子束辅助沉积装置的气源采用Ar气，所述离子束辅助沉积装置的非平衡磁控溅射采用WS₂靶，所述离子束辅助沉积装置的离子反冲注入的离子源采用的Ag靶；

其中，所述WS₂/Ag复合梯度固体润滑薄膜的膜层中W:S为1:0.8，有WS₂物相存在，Ag含量随所述膜层的深度呈现周期性波动，在靠近每次沉积的WS₂层上端附近受注入层影响出现Ag浓度峰，随后Ag浓度下降至1％-5％，在到达下一层WS₂时，又出现一Ag浓度峰，依次循环；

S300、基材的封存，将表面生成WS₂/Ag复合梯度固体润滑薄膜后的所述基材放入丙酮溶液中清洗后烘干，并将烘干后的所述基材真空密封封存。

上述的WS₂/Ag复合梯度固体润滑薄膜的制造方法，其中，将所述真空室抽真空至3.0×10^-4Pa～1.8×10^-3Pa。

上述的WS₂/Ag复合梯度固体润滑薄膜的制造方法，其中，在所述步骤S202 中，所述气源采用纯度为99.99％的Ar气，所述非平衡磁控溅射采用纯度为 95％-99％的WS₂靶，所述离子反冲注入的离子源采用纯度为99.8％的Ag靶。

上述的WS₂/Ag复合梯度固体润滑薄膜的制造方法，其中，所述步骤S202 进一步包括：