[发明专利]一种轴承钢表面固载二硫化钼薄膜的方法

说明书

一种轴承钢表面固载二硫化钼薄膜的方法，属于金属材料表面改性技术领域。首先使用脉冲激光器在轴承钢表面制备微孔阵列，然后利用射频磁控溅射技术将MoS₂固体润滑剂引入到轴承钢表面。经固载后的轴承钢表面的摩擦系数最低可降至0.10，远低于光滑表面轴承钢的摩擦系数1.10。固体润滑剂沉积在轴承钢表面，摩擦失效时间为198.66分钟，光滑轴承钢表面摩擦时间失效时间为15.66分钟。本发明提供的轴承钢表面微孔固载MoS₂的技术，可以大幅降低轴承钢表面的摩擦系数，提高固体润滑材料的稳定性。

技术领域

一种轴承钢表面固载二硫化钼薄膜的技术，属于金属材料表面改性技术领域。

背景技术

高碳铬(GCr15)轴承钢自诞生之日起就因其抗疲劳性能及耐磨性好，热处理方法简单等优点成为世界上第一代专用的轴承钢，多年来受到国内外专家学者的广泛关注。但是其中存在的问题仍然不能忽视，国内轴承生产主要集中在中低端轴承产品，而在航空航天等领域要求轴承具有良好的耐磨性及更长的使用寿命。随着科学技术的发展，轴承所工作的环境越来越苛刻，对其工作性能要求越来越高。机械系统的摩擦性能对其提高承载，可靠运行及延长服役寿命起到了重要作用，特别是在航空航天领域，对于在真空环境下摩擦及润滑尤其重要。因此，为了减小各种零部件滑动接触表面的摩擦磨损,通过材料改性、润滑剂添加及表面工程技术等方法提高材料的摩擦学性能就显得非常重要。二硫化钼(MoS₂)具有六方层状(各向异性)的晶体结构，层间以弱的范德瓦尔斯力结合，剪切强度低。它作为良好的固体润滑剂，能大大降低工件表面的摩擦和磨损，延长工件的使用寿命，广泛应用于宇航工程、机械工业制造、电子等方面。将固体润滑剂MoS₂引入到轴承钢表面可以降低其表面的摩擦系数，磁控溅射是一种非常有效的物理气相沉积方法，其制备MoS₂薄膜具有沉积速率快、沉积温度低、成膜质量高、可控性好、不影响基材性能等优点，所以很适于金属表面改性。由于轴承钢表面通过抛磨工艺之后，表面光滑，粗糙度较低，因此仅通过磁控溅射在其表面沉积一层MoS₂时结合力较低，在摩擦过程中薄膜容易过早失效，导致轴承等零件寿命大大缩短，为了解决这个问题，本研究首先在轴承钢表面通过脉冲激光器加工出一系列的微孔结构以增加材料表面的粗糙度，进而增强轴承钢表面MoS₂的稳定性。同时在摩擦过程中，通过微孔可以存储磨屑，挤出固载的二硫化钼来补充润滑，起到进一步延长使用寿命的作用。同时通过调控磁控溅射的参数，在室温至200℃温度范围内进行MoS₂的沉积，为了增加轴承钢表面固体润滑材料的量，将沉积时间延长至60min-120min。创新性的在轴承钢表面获得了性能优异的减磨薄膜。由于轴承钢应用前景较为广泛，故深入研究采用脉冲激光器制造微孔阵列固载MoS₂，获得更优异的摩擦学性能，既具有重要的科学意义，也具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明解决的是一种轴承钢表面固载MoS₂薄膜的新技术，属于金属材料表面改性技术领域。首先使用脉冲激光器在轴承钢表面制备微孔阵列，然后利用射频磁控溅射技术将MoS₂固体润滑剂引入到轴承钢表面。经固载后的轴承钢表面的摩擦系数最低可降至0.10，远低于光滑表面轴承钢的摩擦系数1.10。固体润滑剂沉积在轴承钢表面，摩擦失效时间为198.66分钟，光滑轴承钢表面摩擦时间失效时间为15.66分钟。本发明提供的轴承钢表面微孔固载MoS₂的技术，可以大幅降低轴承钢表面的摩擦系数，提高固体润滑材料的稳定性。本研究将为航空航天用轴承提供一种固体润滑涂层固载及涂层制备结合的新型方式，为解决轴承因过早薄膜损坏提供一条新的有效措施。

本发明所提供的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将淬火轴承钢打磨后镜面抛光，用丙酮超声清洗除掉表面油污，再放入酒精中清洗，干燥后待用；