[发明专利]一种空间活动零部件表面智能复合润滑薄膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种空间活动零部件表面智能复合润滑薄膜及其制备方法，属于空间活动零部件表面处理和真空技术领域。所述薄膜的底层为磁控溅射沉积在空间活动零部件表面的Ti层，Ti层之上为磁控溅射沉积的Ti含量逐渐减少、Ag和Mo含量逐渐增加的成分呈梯度变化的Ti/Ag/Mo过渡层，Ti/Ag/Mo过渡层之上为磁控溅射复合磁过滤电弧离子镀沉积的Ag/Mo/DLC/WS₂智能复合润滑层。所述薄膜将多种环境中分别具有优异润滑性能的润滑相结合到同一薄膜体系中，根据周围环境的变化，所述薄膜调整自身表面化学状态以获得较好的摩擦学性能，具备环境自适应能力。

技术领域

本发明涉及一种空间活动零部件表面智能复合润滑薄膜及其制备方法，具体地说，涉及一种利用磁控溅射复合磁过滤电弧离子镀沉积技术在空间活动零部件表面制备具有与金属基体结合力高、在高温、真空、大气以及原子氧环境中均具有低摩擦系数和低磨损率、长服役寿命的智能复合润滑薄膜；属于空间活动零部件表面处理和真空技术领域。

背景技术

随着空间任务的多样化和复杂化，包括探月、火星探测等任务中各种极端复杂环境的出现，对空间飞行器的高可靠和长寿命提出了更高要求，极端空间环境会不同程度影响空间飞行器及其上活动零部件的正常运行，导致活动零部件表面磨损加剧，影响其正常服役。

目前，空间润滑薄膜技术包括离子镀金(Au)、离子镀银(Ag)、离子镀铅(Pb)、溅射二硫化钼以及溅射类金刚石薄膜，仅在单一环境中具有优异摩擦学性能，难以满足后续复杂环境中长寿命高可靠应用需求。

发明内容

为克服现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种空间活动零部件表面智能复合润滑薄膜及其制备方法。所述方法通过设计梯度过渡层Ti/Ag/Mo提高了薄膜与基材的结合强度，通过设计Ag/Mo/DLC(类金刚石)/WS₂多相复合润滑层提高了薄膜对不同环境的摩擦学适应性能。

为实现本发明的目的，提供以下技术方案。

一种空间活动零部件表面智能复合润滑薄膜，所述薄膜的底层为磁控溅射沉积在空间活动零部件表面的Ti层，Ti层之上为磁控溅射沉积的Ti含量逐渐减少、Ag和Mo含量逐渐增加的成分呈梯度变化的Ti/Ag/Mo过渡层，Ti/Ag/Mo过渡层之上为磁控溅射复合磁过滤电弧离子镀沉积的Ag/Mo/DLC/WS₂智能复合润滑层。

一种本发明所述空间活动零部件表面智能复合润滑薄膜的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)以金属材料的空间活动零部件作为基材，在所述基材洁净的表面磁控溅射沉积所述薄膜，沉积过程中温度为80℃～100℃，真空小于等于2×10^-3Pa；

(2)采用磁控溅射在所述基材洁净的表面沉积Ti层；

(3)采用磁控溅射在Ti层上沉积成分呈梯度变化的Ti/Ag/Mo过渡层；

(4)采用磁控溅射复合磁过滤电弧离子镀在Ti/Ag/Mo过渡层上沉积Ag/Mo/DLC/WS₂智能复合润滑层，得到本发明所述的一种空间活动零部件表面智能复合润滑薄膜。

其中，步骤(1)中，洁净的空间活动零部件表面优选通过化学清洗和/或阳极层离子源轰击清洗获得。

优选化学清洗具体为：分别使用石油醚、丙酮和酒精依次对基材表面进行超声波清洗，每种溶剂超声时间为5min～8min。

优选阳极层离子源轰击清洗具体为：向离子源通入氩气，开启阳极层离子源对基材表面进行轰击清洗，去除基材表面的附着物，清洗过程气压控制在0.1Pa，阳极层离子源电压为1400V，基材偏压为800V～1000V，轰击时间为50min～60min，工件台控制最高温度为150℃。