[发明专利]一种空间环境用长效抗菌固体润滑膜层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种空间环境用长效抗菌固体润滑膜层及其制备方法，该固体润滑膜层包含：基体、含Ag扩散层、涂层；该涂层包含：依次沉积在基体上的Cr籽晶层及含Ag非晶碳膜层；该含Ag扩散层位于邻近Cr籽晶层的基体中，由基体材料，以及，自Cr籽晶层扩散掺杂至基体材料中的Ag原子形成。本发明先在基体上沉积Cr籽晶层，再采用磁控共溅射石墨靶和Ag靶，通过调控溅射Ag电流大小，沉积梯度过渡Ag功能层；最后经热处理，促使涂层中Ag原子向基体扩散，实现含Ag抗菌功能层厚度的增加，获得的涂层在经过长时间摩擦实验后，抗菌等级不降低，达到长效抗菌的效果，尤其适用于空间站长效抗菌润滑部件，有很大的实际应用需求和良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及空间环境用表面涂层技术领域，尤其涉及一种空间用长效抗菌润滑涂层的制备方法。

背景技术

空间环境中，航天零部件的可靠运行和长期稳定服役是航天器在轨稳定运行的首要保障。然而，外太空环境中的细菌和真菌对空间部件持续不断地造成腐蚀侵害，一方面，材料的腐蚀侵害会引起空间零部件的损坏失效，大大降低航天器的使用寿命，降低航天器的可靠性；另一方面，细菌和真菌的不断滋生会极大的影响航天员的身体健康，无法为航天员提供清洁可靠的工作和生活环境。空间站作为我国乃至整个人类太空资源开发探索的新支点，有着发射成本高，零部件更换难度大等实际问题，这就对空间环境润滑涂层的长效抗菌润滑特性提出了新的要求。

类金刚石薄膜作为新型防护涂层，具有高硬度、低摩擦、耐磨损等优异特性，具有运用在真空润滑组件中的潜能和特性。为结合空间润滑涂层的抗菌需求，对纯类金刚石涂层掺入抗菌杀菌的Ag元素。但现有技术中，由于溅射涂层较薄，涂层中的Ag储量较少，经过一段时间的使用之后，涂层中的Ag元素消耗殆尽，抗菌效果严重下降，不能很好的满足空间环境中长效稳定抗菌润滑需求。

发明内容

本发明的目的是针对空间用润滑薄膜的长效可靠抗菌润滑需求，在采用磁控溅射设备共溅射石墨靶和Ag靶时，调节溅射Ag靶电流、热处理温度和时间能够有效调节基体中含Ag功能层的厚度和Ag含量；最终得到更厚的含Ag抗菌功能层，通过增大含Ag抗菌功能层的厚度达到长效抗菌的效果。

为了达到上述目的，本发明提供了一种空间环境用长效抗菌固体润滑膜层，其包含：基体、含Ag扩散层、涂层，所述的涂层包含：依次沉积在基体上的Cr籽晶层及含Ag非晶碳膜层；其中，所述的含Ag扩散层位于邻近Cr籽晶层的基体中，由基体材料，以及，自Cr籽晶层扩散掺杂至基体材料中的Ag原子形成。

较佳地，所述基体材料选自钛合金、铝合金、不锈钢、轴承钢中的任意一种。

较佳地，所述的含Ag扩散层的厚度不低于1μm。

较佳地，所述的含Ag非晶碳膜层为含Ag类金刚石膜层。

较佳地，所述的含Ag类金刚石膜层中，Ag含量从内到外呈梯度递减变化趋势。

较佳地，所述的涂层的总厚度在0.5μm～10μm。

较佳地，所述的涂层的硬度为20-30GPa，划痕法结合力测试临界载荷Lc≥30N；所述涂层按GJB3032-97规定进行测试，所述镀膜层用球-盘摩擦磨损试验机与直径1.5mm的G10级9Cr18钢球对磨时，摩擦系数＜0.15，滑动摩擦寿命t≥6.0×10⁵r；根据GJB150.10A，所述涂层经过84d霉菌实验，评级不超过1级；霉菌实验后，根据GJB2502.5-2006进行紫外辐照处理，经过3000ESH紫外辐照后，再进行84d霉菌实验，评价等级不超过1级；涂层在经滑动摩擦实验4.0×10⁵r后，抗菌等级不降低。

本发明还提供了一种上述的空间环境用长效抗菌固体润滑膜层的制备方法，该方法包含：