[发明专利]一种自润滑纳米复合涂层及其制备方法

说明书

本发明属于薄膜材料领域，具体涉及一种Cr/Cu‑Pb‑Sn‑WS₂自润滑纳米复合涂层材料及其制备方法。所述自润滑纳米复合涂层材料由过渡层和交替复合涂层组成，所述过渡层为Cr层，所述交替复合涂层为Cu‑Pb‑Sn‑WS₂/Cr层，所述Cu‑Pb‑Sn‑WS₂/Cr层是由Cu‑Pb‑Sn‑WS₂靶和Cr靶交替沉积所得，所述Cu‑Pb‑Sn‑WS₂靶的各组分按质量百分比计为：70％Cu、10％Pb、10％Sn和10％WS₂。本发明采用Cr与Cu‑Pb‑Sn‑WS2交替沉积形成复合涂层，材料结构上比较新颖，且制备的涂层致密性较好，具有良好的抗粘着磨损性能，金属自润滑涂层的摩擦系数小，稳定在0.2以下。

技术领域

本发明属于薄膜材料领域，具体涉及一种Cr/Cu-Pb-Sn-WS₂自润滑纳米复合涂层材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展，机械系统工作环境特别是航空航天机械变得极为苛刻(即非常高或低的温度、真空、强辐射等)。在这样的工作条件下，油、脂润滑剂已不能起到润滑作用。润滑油和润滑脂的使用温度范围大约为-60℃～350℃，而固体润滑剂能在更低和更高的温度范围下使用，同时适用于无需维修保养、无人值守和经常拆卸的场合。根据摩擦学观点，磨损发生在工件表面或近表面区域，因此在工件表层制备固体自润滑复合涂层是最经济、有效的方式。自润滑涂层因兼有涂层基体的力学性能和润滑相的摩擦学特性受到越来越多关注。其中金属基自润滑涂层具有较高的机械强度、导电传热性能良好、摩擦系数小、抗磨损性能好等优点，被广泛应用于润滑条件更加苛刻的环境下。

在工业生产过程中零件磨损会导致低的生产效率和加工效率，甚至导致机械故障。同时摩擦也会造成巨大的资源浪费。据统计目前世界上的机械系统约有1/3～1/2以各种方式失效并最终表现为摩擦损耗。其中粘着磨损是一种最常见的磨损形式。许多零件、工具的报废和失效都和粘着磨损有关，如轴承、刃具和磨具在真空环境下的粘着磨损已成为空间技术的核心问题；另外，工作在气态、液态和侵蚀介质中的原子能反应堆及其他承受重载的机械装备也不能摆脱粘着磨损的危害。由此可见，研究改善零部件粘着磨损对工业技术的进步具有重要意义。

改善粘着磨损的主要途径是正确选择摩擦副的配对材料，原则是配对材料在接触摩擦中粘着倾向小，不易发生冷焊；其次是在两摩擦副的表面间增加剪切强度低的薄膜。故在摩擦副表面镀覆自润滑材料可以有效的提高摩擦副的抗粘着能力。科研人员开发出了多种制备工艺，如热喷涂、堆焊等，在材料表面沉积一层润滑材料，在摩擦过程中能够转移或黏附在对磨面上，使得摩擦在涂层之间进行从而起到润滑作用，这种涂层就是自润滑涂层。近年来自润滑复合涂层发展迅猛，国内外学者对自润滑复合涂层进行了大量的研究，如Bhalla等研究了Cu-PTFE复合镀层，Serhal等对Au-Co-PTFE复合镀层的开发和研究，R-Balaji等研究了 Cu-Sn-PTFE复合镀层的工艺及磨损性能。铜基涂层由于较低的剪切强度和良好的机械性能，具有优良的耐磨损和抗粘着性能。但单纯的铜基涂层硬度较小，耐磨损性能较差。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种Cr/Cu-Pb-Sn-WS₂自润滑纳米复合涂层材料及其制备方法。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种Cr/Cu-Pb-Sn-WS2自润滑纳米复合涂层，由过渡层和交替复合涂层组成，所述过渡层为Cr层，所述交替复合涂层为Cu-Pb-Sn-WS₂/Cr层，所述Cu-Pb-Sn-WS₂/Cr层是由 Cu-Pb-Sn-WS₂靶和Cr靶交替沉积所得，所述Cu-Pb-Sn-WS₂靶的各组分按质量百分比计为： 70％Cu、10％Pb、10％Sn和10％WS₂。