[发明专利]一种金镍碳复合导电润滑涂层材料及其制备方法

说明书

本发明提供可一种金镍碳复合导电润滑涂层材料的制备方法，通过物理气相沉积法，先在镍靶施加320~370W直流电源溅射，在铜铬锆合金基材上沉积一层镍过渡层；然后同时采用金靶、镍靶、碳靶，并分别施加120~150W、35~45W的直流电源、100~400W的射频电源溅射，在镍过渡层上沉积一层金镍碳复合涂层，最终在铜铬锆基材上得到复合层导电润滑涂层材料。该金镍碳复合涂层的电阻率为82~90×10^‑7Ω·cm，磨损率为8.275~38.4×10^‑6 mm³/(Nm)。

技术领域

本发明涉及一种金镍碳复合导电润滑涂层材料及其制备方法，主要用于微波滑动电接触器件，属于高电流电接触领域和导电润滑材料领域。

背景技术

微波滑动电接触属于高真空下的滑动部件，面临苛刻条件下的摩擦、磨损。对于连续滑动的电接触，须基于电性能和摩擦磨损性能进行评估。要求具有足够低的接触电阻，而摩擦学方面的摩擦和磨损特性又对其可靠性和寿命产生重要影响。在托卡马克聚变实验装置上，微波滑动电接触作为重要离子回旋加热器件被广泛应用。作为高电流负载的电接触部件，其在运行过程中部件因欧姆损耗温度会逐渐升高而引发一系列工程损耗和失效状况，从而限制微波滑动电接触功能和寿命。因此，为了防止发生结构材料烧熔导致部件失效，需要导电性和热传导优良的材料，工程上一般采用贵金属涂层来改善电接触性能，降低接触损耗。

为了提高涂层的使用寿命，需要开发高导电、高耐磨、高热稳定以及涂层与基材间扩散不显著的高性能涂层材料。由于具有良好的可焊性及较低的接触电阻，金涂层已在电接触涂层领域被广泛使用。但是其具有的低维氏硬度特性导致纯金涂层的耐摩擦性能不佳，这严重限制了纯金涂层在滑动电接触领域的使用。因此工程上，常采用合金或者复合固体导电润滑涂层材料来满足多种工况和性能需求。

发明内容

本发明旨在解决传统电接触涂层在高电流高真空下的剧烈磨损问题，提供一种高电流金镍碳复合导电润滑涂层材料及其制备方法。

本发明金镍碳复合导电润滑涂层材料，依次包括铜铬锆合金基材、镍过渡层、金镍碳复合涂层。其中镍过渡层的厚度为0.9~1.2μm；金镍碳复合涂层的厚度为3.9~4.3μm，且金镍碳复合涂层中，镍的质量百分比为2.15%-2.53%，碳的质量百分比为4.41%~5.51%。

本发明金镍碳复合导电润滑涂层材料的制备方法，通过物理气相沉积法，先在铜铬锆合金基材上沉积一层镍过渡层；然后同时溅射金靶、镍靶和碳靶，在镍过渡层上沉积一层金镍碳复合涂层，最终在铜铬锆基材上得到兼具高导电性能与润滑特性的复合层导电润滑涂层材料。

上述镍靶纯度为99.995%，金靶纯度为99.99%，碳靶纯度为99.999%。

上述沉积镍过渡层的过程中，氩气气体流量为19~21sccm，氩等离子体工作气压为6.5~8.5×10^-1Pa，沉积温度为120~160℃，沉积时间为55~65min，镍靶功率为320~370W，镍过渡层厚度为0.9~1.2μm。

上述沉积金镍碳复合涂层过程中，氩气气体流量为20sccm，氩等离子体工作气压为6.5~8.5×10^-1Pa，沉积温度为120~160℃，金靶功率为120~150W，镍靶功率为35~45W，碳靶功率为100~400W，沉积时间为60~70min；金镍碳复合涂层厚度为3.9~4.3μm。

在物理气相沉积涂层前，先用氩等离子体刻蚀铜铬锆合金基材5~15分钟，使用偏压-500 ~ -600V去除基底表面自然氧化层。

本发明制备的复合导电润滑涂层材料，与现有技术相比具有以下优点：

1、通过选择与铜铬锆基材具有更好相容性及结合力的金属镍作为导电金基涂层与基材之间的过渡层，解决了金基涂层与基材的结合力以及各组分之间在热扩散和组分相容匹配性等理化性能方面的问题；