[发明专利]一种亚10纳米级仿生结构二硫化钼-碳多层薄膜制备方法

说明书

本发明涉及一种亚10纳米级仿生结构二硫化钼‑碳多层薄膜制备方法，该方法是指：对处理后的基底部件采用高功率脉冲非平衡磁控溅射方法制备二硫化钼层，再利用高压等离子体浸没离子注入技术，将纯度大于99.99%的CH₄等离子体中注入到所述二硫化钼层上形成碳层，循环反复40~80个周期，且每层的厚度控制在10nm以下，即在所述基底部件上交替沉积形成亚10纳米级仿生结构二硫化钼‑碳多层薄膜。本发明工艺简单，所制备的10纳米级仿生结构二硫化钼‑碳多层薄膜具有超低摩擦系数、超低磨损、高弹性回复、高结合力等优异的综合性能，可大幅度提高空间部件的质量及使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种空间用固体润滑薄膜的制备，尤其涉及一种亚10纳米级仿生结构二硫化钼-碳多层薄膜制备方法。

背景技术

空间技术关键运动部件在真空及辐照环境中的润滑失效已经成为制约空间技术装备寿命和可靠性的瓶颈。目前空间机械正朝着大型化、长时间运行的方向发展，对润滑材料的性能要求日益提高。传统的空间固体润滑材料摩擦系数较高（0.1左右），硬度低，易产生磨屑和磨损，对于一些高精度、高可靠性、无污染的空间运动部件，尚不能满足系统有效润滑的要求。近些年，世界航天强国都在致力于研制新型空间润滑材料，其中真空环境中的超低摩擦和长寿命是关键技术。因此，发展适用于真空环境的高可靠性、长寿命的润滑材料与技术，将对改善空间技术运动件的润滑状态、解决制约空间技术可靠性和寿命的瓶颈问题、发展长寿命在轨飞行器具有十分重要的意义。

目前，二硫化钼薄膜和碳薄膜是国内外固体润滑领域的主要研究方向之一。二硫化钼薄膜具有较低的摩擦系数、较高的抗压强度和抗氧化性，适用于空间活动部件，但是二硫化钼薄膜承载差、硬度低、易磨损，在高速、高载作用下磨损率较大、寿命短，无法满足空间活动部件使用要求。碳薄膜在大气和真空下均表现出了低摩擦系数和耐磨损特性，但在真空原子氧等辐照条件下，碳薄膜容易气化失效。因此，对于二硫化钼薄膜来说，需提高其耐磨性；对于碳薄膜来说，需提高其耐辐照性能，进而满足空间活动部件的对固体润滑需求，实现空间活动部件长寿命的目的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、所得产品性能优异的亚10纳米级仿生结构二硫化钼-碳多层薄膜制备方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种亚10纳米级仿生结构二硫化钼-碳多层薄膜制备方法，其特征在于：对处理后的基底部件采用高功率脉冲非平衡磁控溅射方法制备二硫化钼层，再利用高压等离子体浸没离子注入技术，将纯度大于99.99%的CH₄等离子体中注入到所述二硫化钼层上形成碳层，循环反复40~80个周期，且每层的厚度控制在10nm以下，即在所述基底部件上交替沉积形成亚10纳米级仿生结构二硫化钼-碳多层薄膜。

所述处理后的基底部件是指将基底部件在清洗装置中用丙酮经超声波清洗10min后N₂干燥，然后装入真空腔中；将所述真空腔的真空度抽至1.0×10^-3 Pa，利用纯度大于99.99%的Ar气体离子进行轰击清洗即得。

所述基底部件材质是指单晶硅片；或者是指热处理回火温度大于150℃、表面光洁度Ra0.6μm，表面无锈点和凹坑的不锈钢、轴承钢、模具钢、碳素钢、铸铁中的一种。

所述轰击清洗的条件是指真空腔内气压为0.5~0.8Pa，离子源电流强度为3~5A，高压离子源电压为3000~5000V，轰击时间为15min。