[发明专利]一种超润滑固体涂层制备方法

说明书

本发明公开了一种在机械设备关键部件表面制备结合力优越以及超低摩擦系数的多相混合固体润滑涂层的方法，其中，制备该涂层方法包括：采用金属真空蒸汽离子源方法(MEVVA)，在基材表面注入一层能提高膜基结合力的金属″钉扎层″；然后采用磁过滤阴极真空弧沉积方法(FCVA)沉积合金应力释放层，紧接着FCVA以及MEVVA同时工作，并在进气口通入100‑250sccm的乙炔以及30‑80sccm的硫化氢气体，在基材表面沉积总厚度为1‑10微米的多相混合固体润滑TiC‑MoS₂‑Ni/Ti‑(a：H‑C)涂层。该发明中磁过滤沉积系统、金属真空蒸汽离子源系统所用阴极为一定配比的TiMoNi合金靶材。通过实施本发明，在关键部件上沉积多相混合固体润滑涂层能够很好的保护机械设备的关键部件，提高设备的稳定性、精度以及服役寿命。

技术领域

本发明为轴承、机械设备等关键部件的表面改性涂层制备。本发明涉及的是一种多相混合的滋润滑固体膜层及其制备方法。具体是基于离子束技术通过金属真空蒸汽离子源以及磁过滤沉积系统制备多相共混的固体滋润滑膜层。

技术背景

随着科学技术的发展以及各种极端条件的出现，现有的设备关键部件的本体材料已不能满足长寿命要求，特别是涉及摩擦磨损的关键部件。这些关键部件主要是依靠摩擦副来实现能量的传递，同时摩擦副传递能量的过程也必然导致该部件的损耗，这些不断积累的损耗将降低工作效率、工作精度、稳定性和可靠性，这对于整体设备来说是最致命的。材料表面改性是提高本体材料耐磨最为有效的关键技术之一。材料表面改性基本不改变本体材料的力学、电学性能，也基本不改变材料本身的尺寸精度，同时能够大幅提高本体材料的表面硬度，降低摩擦损耗，能够大幅减小材料成本，提高关键部件的使用寿命。能，从而显著提高材料的使用寿命和工作效率，实现节约原材料、降低能源消耗等目的。由于碳基薄膜具有硬度高和摩擦系数低的性能特点，是一种性能优异的耐磨损薄膜材料，吸引着许多薄膜材料研究工作者，成为世界各国争相研究的热点薄膜材料之一。碳基涂层如四面体类金刚石(ta-diamond-like carbon，简称ta-DLC)薄膜是以碳为基本元素构成的一种非晶材料。类金刚石薄膜(DLC)它在结构上属于非晶亚稳态结构的无定形碳，是由sp3杂化和sp2杂化碳组成：薄膜中sp3结构决定了类金刚石薄膜具有诸多类似于金刚石的优良特性，而sp2结构决定了类金刚石薄膜又具有很多石墨的特性，国际上将硬度超过金刚石硬度20％的绝缘硬质无定形碳膜称为类金刚石膜。在制备工艺方面，类金刚石薄膜(DLC)沉积温度较低，沉积面积大，膜面光滑平整，工艺相对成熟。在实际应用方面，由于DLC薄膜在真空条件下和低温下均具有良好的润滑耐磨性能，因此可有效解决某些特殊工况下活动零部件表面润滑等的技术难题。

众所周知，碳膜的耐磨性能随着环境的变化而发生较大变化，如磁过滤沉积制备的四面体类金刚石膜层(ta-C)在高湿环境下摩擦系数一般可低至0.04，但随着湿度的降低当降到20％或一下摩擦系数迅速增至0.7左右，耐磨性能迅速下降；再如化学气相沉积制备的含氢类金刚石膜层(a-H：C)在真空或者干燥气氛下摩擦系数可低至0.03，但随着湿度的增加摩擦系数也迅速增加，耐磨性也大打折扣。在实际工况下设备的关键部件可能会承受高湿、高温、真空等不同环境对膜层在各种环境下耐磨性提出了更高的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明基于离子束技术利用磁过滤沉积(FCVA)以及金属离子源(MEVVA)系统制备了TiC-MoS₂-TiS₂-Ni-(a：H-C)多相共混的膜层。综合超硬相TiC在高温高湿环境下的高耐磨性，二硫化物和含氢类金刚石膜层在高真空、低湿环境下的超低摩擦系数来自主适应环境的变化。

本发明实施例的目的之一是结合TiC的高硬度、高韧性以及MoS₂，DLC膜层的超低摩擦系数，同时利用金属真空蒸汽离子源(MEVVA)以及磁过滤真空弧沉积系统(FCVA)，从而提出一种全新的多相共混的具有″变色龙″特性的超润滑固体润滑膜层。