[发明专利]低摩擦镀层

说明书

技术领域

本发明涉及一种低摩擦镀层以及采用真空离子和等离子技术沉积低摩擦镀层的方法。所述镀层具有非粘附性、低亲水性和高稳定性。

背景技术

已知元素如Mo和W的二硫化物，由于其独有的化学键合和结构，它们具有低摩擦的性能。目前，采用真空离子和等离子技术如磁控溅射(MS)，等离子辅助化学气相沉积(PACVD)和离子束辅助沉积(IBAD)来沉积MoS₂和WS₂镀层。MoS₂和WS₂镀层已在摩擦学领域得到应用，如作为固体润滑剂用于航空产品[M.R.HILTON，P.D.FLEISCHAUER，Surface and Coating Technology，68/69(1994)398；J.S.PRZYBYSZEWSKI，T.SPALVINS，Nasa TN D-5349，July 1969]和其它工程领域如用于切割[J.RECHBERGER，R.DUBACH，Surface andCoating Technology，60(1993)393]。

所述沉积方法总是存在重现性差的问题。已采用不同技术来改善镀层性能的重现性，其中包括在所述结构中引入其它元素[M.R.HILTON，Surface and Coating technology，68/69(1994)407；B.S.STUPP，ThinSolid Films，84(1981)257]。在某些场合，其它元素的引入改善了镀层性能。

所述镀层系列固有的一般问题是它们的热和大气不稳定性。所述镀层与水蒸汽和氧反应，使硫化物转变为摩擦学性能大不相同的氧化物。除这些问题之外，镀层的最大可用厚度始终低于2μm。更厚的镀层在工作压力条件下会发生严重开裂。

通过脉冲激光沉积将CF_X混入到钨和硫的混合物中，可改善二硫化钨膜的摩擦学性能[Surface and coatings Technology col 76-77，1995400-406]。

同样地，将含10-40％氟的氟化石墨加入到MoS₂的混合物中，可改善其耐磨性[SU601306]。

然而，仍然需要克服目前组合物限制的具有改善的性能的镀层。

发明内容

本发明提供一种金属硫化物镀层组合物，其特征在于所述组合物还含有硅和氟。

本发明的另一方面是提供一种采用真空离子或等离子技术在基材上沉积低摩擦金属硫化物镀层的方法，其特征在于硅和氟或者它们的前体被引入到沉积装置中。

本发明的又一个方面是提供一种镀覆有本发明的金属硫化物镀层组合物的产品或者采用本发明的方法所获得的产品。

优选地，采用真空离子或等离子技术例如MS，PACVD、IBAD，电子回旋共振(ECR)、电弧蒸发(AE)、电子束蒸发(EBE)，激光烧蚀(LA)，离子注入(II)，或者这些技术的联合来进行镀层的沉积。

特别是，所述镀层含有：

(a)下述元素：Mo、W、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf中之一种或多种

(b)硫

(c)氟

(d)硅

以及，任选地，

(e)下述元素：C、B、Al、V、Cr、Fe、Co、Ni、Sm、Au、Cu、Zn、Sn、Pb、N、H、O中之一种或多种。

在一个实施方案中，本发明涉及一种膜的沉积，该膜中，至少一部分，不管其尺寸大小如何，包含一种以单相或多相形式存在的化学组合物，该化学组合物具有如下表达式：

M_XR_yS_ZSi_VF_W

其中，M代表如(a)中所述的一种或几种元素

S代表硫元素

Si代表硅元素

F代表氟元素

以及，R代表(e)中所述的一种或多种元素。

x，y，z，v和w的取值范围为(以原子比计)：

x＝0.2-1.5

y＝0.01-4

z＝0.2-6

v＝0.02-3

w＝0.01-6

本发明镀层的化学组成实例包括：