[发明专利]一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置及方法

说明书

一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置及方法，用于在精密轴承滚珠上沉积具有优异摩擦学特性的碳基薄膜以对精密轴承赋予减摩延寿之功效。它包括底座、拉簧、转轴、滚轮轴、滚轮和托盘，在所述底座上设有竖向放置的转轴，在所述转轴的上方设有放置轴承钢球的托盘，在所述托盘与转轴之间设有支撑钢球，在所述托盘与底座之间设有四根拉簧，在所述转轴的上部设有滚轮轴，在所述滚轮轴的自由端设有滚轮，所述滚轮外壁与托盘的底部接触并使得托盘倾斜设置，在所述托盘顶部凹槽内均匀设置有用于分离轴承滚珠的固定柱，且所述托盘的顶部为研磨镜面。利用该装置依次对滚珠进行预处理、滚珠镀膜前期准备、溅射清洗、沉积纯铬打底层、沉积过渡层、沉积碳基工作层处理，得到的滚珠耐磨性大大增强。

技术领域

本发明涉及精密轴承技术领域，具体地说是一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置及方法。

背景技术

精密轴承按照ISO的分级标准分为：等级依次增高的P0，P6，P5，P4和P2，其中P0为普通精度，其它等级都是精密级别。对于高精密的轴承，例如机器人用谐波减速器中的轴承，在使用性能上要求旋转体（滚珠）具有高振动精度、高速旋转及摩擦系数小的要求，因此提高精密轴承中旋转体的耐磨性对于保证其使用性能以及延长使用寿命是十分重要的。在滚珠上应用现代表面改性技术制备一层低摩擦系数的自润滑膜，能在高精密仪器上使用，突破了传统的油润滑减摩延寿的轴承的工作范围。在航空航天、机器人、机械手等领域所需无油和贫油等极端情况下，可以保证机器平稳高效的运作。

目前，利用物理气相沉积技术在滚珠上制备自润滑膜是主要方法之一，基于现有的微弧离子镀环境，急需一种操作方便成本低廉且能在球形滚珠上制备厚度、颜色均匀、成分控制精确、可批量化镀膜的镀膜装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置及方法，用于在精密轴承滚珠上镀膜提高滚珠的耐磨性能。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置，包括底座、拉簧、转轴、滚轮轴、滚轮和托盘，在所述底座上设有竖向放置的转轴，在所述转轴的上方设有放置轴承钢球的托盘，在所述托盘与转轴之间设有支撑钢球，在所述托盘与底座之间设有四根拉簧，在所述转轴的上部设有滚轮轴，在所述滚轮轴的自由端设有滚轮，所述滚轮外壁与托盘的底部接触并使得托盘倾斜设置，其特征是，在所述托盘顶部凹槽内均匀设置有若干固定柱，且所述托盘顶部凹槽为研磨镜面。

所述固定柱的直径为2mm，高度为5mm。

所述托盘顶部的表面粗糙度不大于0.01。

一种利用上述的精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置进行精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的方法，包括以下步骤，

（1）滚珠预处理

①先后使用酒精和丙酮对滚珠表面进行清洗，且清洗时间均为10min；

②对经过步骤①处理后的滚珠进行干燥处理，得到干燥、无油、无蜡的干净滚珠；

（2）滚珠镀膜前期准备

①将干净的滚珠放入滚珠托盘中，将权利要求1至3中任一所述的精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置放入磁控溅射离子镀真空腔中，并保证滚珠托盘平面与靶材中心位置垂直、滚珠能在滚珠托盘中正常运动；

②关闭真空腔腔门，对真空腔进行抽真空处理，直至真空腔气压达到6.0×10-2～6.0×10-3Pa；

（3）溅射清洗

①向真空腔中通入氩气8～80sccm，保持此时的工作气压为0.1～0.8Pa；

②在纯铬靶上施加0.02～0.5A的电流，在滚珠上施加300～500V的负偏压，脉冲宽度0.2～5μs，脉冲频率50～300KHz；对滚珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为4～50min；