[发明专利]一种真空宽温域自润滑薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明属于功能薄膜技术领域，特别涉及一种真空宽温域自润滑薄膜及其制备方法和应用。本发明提供了一种真空宽温域自润滑薄膜，包括依次层叠复合的粘结层、过渡层和润滑层；所述粘结层的化学组成为Ti；所述过渡层的化学组成为Ti和TiB₂；所述润滑层的化学组成为Ti、TiB₂和MoS₂。在本发明中，当真空宽温域自润滑薄膜暴露在不同温度时，会相应地激发薄膜内的Ti、TiB₂和MoS₂不同组元在摩擦接触区域富集，各层组成协同发挥润滑效果，提高真空宽温域自润滑薄膜在真空宽温域内的摩擦学性能和稳定性。

技术领域

本发明属于功能薄膜技术领域，特别涉及一种真空宽温域自润滑薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

在航天事业中，存在大量需要在真空和高温环境下连续工作的机械运动部件，其摩擦磨损和润滑问题是影响飞行器可靠性和长寿命的关键。如近空间飞行器舵面控制轴承服役温度达450℃以上，水星、金星等深空探测器面临500℃以上的高温，要求润滑材料能够在500℃～600℃高温下结构和性能保持稳定，而且在室温至600℃宽温域范围内具有连续可靠润滑，以适应运动机构启动-工作-停车过程中经历的室温-高温(600℃)-室温的温度交变要求和多次使用要求。

MoS₂薄膜真空润滑性能优异，但研究表明(“K.C.Wong,X.Lu,J.Cotter,D.T.Eadie,P.C.Wong,K.A.R.Mitchell,Surface and friction characterization ofMoS2 and WS2 third body thin films under simulated wheel/rail rolling-slidingcontact[J].Wear,2008,264(7-8),526-534.”以及“古乐,王黎钦等.超低温环境固体润滑研究的发展现状[N].摩擦学学报,2002,22(4),314-320.”)，MoS₂在-100～300℃范围内具有良好的润滑性能，超过300℃很快失去润滑性能，耐高温和宽温域自润滑性能成为限制其进一步应用的主要问题。对MoS₂复合可以提高MoS₂基薄膜的润滑温域，例如中国专利申请CN108977776 A公布了一种空间宽温域环境下高结合力固体润滑膜层及其制备方法，采用磁控溅射技术制备TiN/MoS₂-Ag多层复合薄膜，但是该膜层服役温度为-150℃～300℃，500～600℃下薄膜结构和性能的稳定差，且不能满足真空条件下从室温至600℃宽温域范围内的连续可靠润滑性能需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种真空宽温域自润滑薄膜，本发明提供的真空宽温域自润滑薄膜在真空和室温至600℃宽温域下具有摩擦系数低和滑动寿命长的特点。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种真空宽温域自润滑薄膜，包括依次层叠复合的粘结层、过渡层和润滑层；

所述粘结层的化学组成为Ti；所述过渡层的化学组成为Ti和TiB₂；所述润滑层的化学组成为Ti、TiB₂和MoS₂。

优选的，所述过渡层中Ti和TiB₂的摩尔比为1：(1～2)。

优选的，所述润滑层中Ti含量为10～30at.％，B含量为5～20at.％，余量为MoS₂。

优选的，所述粘结层、过渡层和润滑层的厚度比为1：(1～3)：(5～10)。

本发明还提供了上述技术方案所述真空宽温域自润滑薄膜的制备方法，包括以下步骤：

利用Ti靶，在基底表面进行第一非平衡磁控溅射，在基底表面形成粘结层；