专利名称：精密轴承用钢珠离子镀glc镀层实现自润滑的处理方法
技术领域：
本发明属于材料制造技术领域，具体涉及一种精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法。
背景技术：
精密轴承(基体材料常为GCrK)作为机械装备领域中的重要基础零件，其性能直接影响着机械装备的工作性能。精密轴承通常应用于高转动速度、长疲劳寿命和高运行稳定性等苛刻工况条件，具体表现在旋转体(钢珠)上，要求其具有高振动精度、高速旋转且摩擦系数小、磨损率低等特性。因此，提高精密轴承用钢珠的耐磨性是保证其性能稳定性的有效途径之一。应用现代表面改性技术于钢珠表面制备固体自润滑镀层，以突破传统油脂润滑的有效工作范围，保证精密轴承在诸如高温、高载、超高速等极端工况条件下正常工作，能赋予航空发动机等航空、航天领域所需精密轴承在无油或贫油情况下，保证飞行器等装备继续稳定运行至安全着陆的特性。GLC(类石墨镀层)因具有良好的润滑、减摩、耐磨等特性，若利用磁控溅射离子镀技术于精密轴承用钢珠表面均勻制备一层GLC自润滑镀层，则组装后的精密轴承具有高承载、高转速、低振动、低摩擦等特性。然而，目前国内尚无有关精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层的相关表面处理技术。
发明内容
本发明的目的是提供了一种精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，本发明方法处理后钢珠具有高承载、高转速、低振动、以及低摩擦的特性。本发明所采用的技术方案是，一种精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，在精密轴承用钢珠表面镀厚度为0. 3 μ m 5 μ m的GLC镀层，该GLC镀层的硬度为1500HV 2500HV，摩擦系数为0. 07 0. 30，包括以下步骤步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗后，用去离子水清洗，并冷风吹干；步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内，该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，所述真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材；步骤3 溅射清洗将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. OX 10_3Pa，再通入气流量为7sCCm lOOsccm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为 I-OXKT1Pa 9. SXKT1Pa;直接在铬靶材上施加0. 02A 0. 5A电流，同时，对钢珠施加负偏压值为300V 600V、脉冲宽度为0. 2 μ S 5 μ S、且脉冲频率为20ΚΗΖ 350ΚΗζ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为Imin 60min ；步骤4 沉积纯铬打底层
此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 I-OXKT1Pa 9. SXKT1Pa;将铬靶材的靶电流调节至0. 2A 15A，同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至 O 150V、脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为Imin 30min ；步骤5:沉积过渡层此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 1.0 X KT1Pa 9. SXKT1Pa,将铬靶材的靶电流调节至0. OlA 2A，同时，将石墨靶材的靶电流调节至IA 15A，或将石墨靶材上电压值调节至500V 1500V ；同时，将施加在钢珠上的负偏压值保持在O 150V、脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积过渡层时间为:3min 60min ；步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 I-OXKT1Pa 9. SXKT1Pa;维持金属铬靶材和石墨靶材的电流和电压参数不变；同时，保持施加在钢珠上的脉冲偏压参数不变，或将施加在钢珠上的偏压值调节至O 120V、脉冲宽度为0. 2μ S 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积类石墨工作层时间为60min 300mino其中，步骤1中，对待处理钢珠进行超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗5min 30min，再放入乙醇中，超声波清洗5min 30min。步骤2中，保证各靶材与钢珠之间的距离为30mm 180mm，且工作盘的主轴旋转转速为lr/min 20r/min，工作盘轴向振动摆幅为士 20_ 士 200mm，铬靶材上靶电流的调节速率均为0. OlA/min 5A/min，石墨靶材的靶电流的调节速率为 0. OlA/min 5A/min。或者，铬靶材上靶电流的调节速率均为0. OlA/min 5A/min，石墨靶材上电压值的调节速率均为lV/min 100V/min。本发明的另一个技术方案是，一种精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，在精密轴承用钢珠表面镀厚度为0. 3 μ m 5 μ m的GLC镀层，该GLC镀层的硬度为1500HV 2500HV，摩擦系数为0. 07 0. 30，包括以下步骤步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗后，用去离子水清洗，并冷风吹干；步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内，该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，其中，所述真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材；步骤3 溅射清洗将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. OX 10_3Pa，再通入气流量为7sCCm lOOsccm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为 I-OXKT1Pa 9. SXKT1Pa;直接在铬靶材上施加200V 600V电压，同时对钢珠施加负偏压值为300V 600V、脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为Imin 60min ；步骤4 沉积纯铬打底层此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 I-OXKT1Pa 9. SXKT1Pa;将铬靶材上电压值调节至250V 1500V ；同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至O 150V、脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ !350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为Imin 30min ；步骤5 沉积过渡层此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 1.0 X KT1Pa 9. SXKT1Pa,将铬靶材上电压值调节至200V 800V ；同时，将石墨靶材的靶电流调节至IA 15A，或将石墨靶材上电压值调节至500V 1500V ；同时将施加在钢珠上的负偏压值保持在 O 150V、脉冲宽度为0. 2 μ S 5 μ S、且脉冲频率为20ΚΗΖ 350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积过渡层时间为3min 60min ；步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 I-OXKT1Pa 9. SXKT1Pa;维持金属铬靶材和石墨靶材的电流和电压参数不变；同时，保持施加在钢珠上的脉冲偏压参数不变，或将施加在钢珠上的偏压值调节至O 120V、脉冲宽度为0. 2μ s 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积类石墨工作层时间为60min 300mino其中，步骤1中，对待处理钢珠进行超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗5min 30min，再放入乙醇中，超声波清洗5min 30min。步骤2中，保证各靶材与钢珠之间的距离为30mm 180mm，且工作盘的主轴旋转转速为lr/min 20r/min，工作盘轴向振动摆幅为士 20_ 士 200mm，铬靶材上电压值的调节速率均为lV/min lOOV/min，石墨靶材的靶电流的调节速率为 0. OlA/min 5A/min。或者，铬靶材上电压值的调节速率均为lV/min lOOV/min，石墨靶材上电压值的调节速率均为lV/min 100V/min。本发明的有益效果是，与现有技术的精密轴承用钢珠相比，安装有本发明方法处理后的钢珠的精密轴承，转动速度增大的同时，振动增幅缓慢；相同载荷下运行振动值小且稳定性好；随主轴转速的提高，温升速度远小于现有技术的未镀膜轴承；断油情况下，与现有技术的精密轴承升高相同温度所用的时间更长；即说明精密轴承用滚珠在经本发明方法处理以后，具有了低摩擦系数(磨损率)、低振动幅值、高承载能力等特性，且在断油情况下可稳定运行的时间更长，能满足于航空、航天等领域对于精密轴承的要求。
具体实施例方式实施例1
步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗，超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗5min，再放入乙醇中，超声波清洗5min。再用去离子水清洗，并冷风吹干。此步骤能基本去除钢珠表面的油污。步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内，该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，其中，工作盘的主轴旋转转速为Ir/ min，工作盘轴向振动摆幅为士20mm ；真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材，并保证所有铬靶材和石墨靶材与钢珠之间的距离均为30mm。步骤3 溅射清洗将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. OX 10_3Pa，再通入气流量为7sCCm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为1. OX 10-1 ；直接在铬靶材上施加0. 02A的靶电流，同时，对钢珠施加负偏压值为300V、脉冲宽度为5. 0 μ S、且脉冲频率为20ΚΗζ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，直至去除钢珠表面剩余油污和氧化皮，溅射清洗时间为60min。此步骤中，通过脉冲偏压控制等离子中Ar+等正离子对钢珠表面的进一步清洗效果，使得吸附在钢珠表面的杂质(包括步骤1未去除的杂质以及钢珠表面的氧化皮)脱离钢珠表面，在净化钢珠表面的同时，引起钢珠温升，可大幅度改善界面状态，并有助于后续涂层结合强度的提高。 步骤4 沉积纯铬打底层此步骤中，保持7sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 1. OXKT1Pa ；以5A/min的速率将铬靶材的靶电流调节至5A，同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至150V、脉冲宽度为5. 0 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为 lmin。步骤5 沉积过渡层此步骤中，保持7sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 1. OXKT1Pa,以5A/min的速率将铬靶材的靶电流调节至0. 01A,同时，以5A/min的速率将石墨靶材的靶电流调节至15A ；同时，将施加在钢珠上的负偏压值保持在150V、脉冲宽度为 5. 0 μ S、且脉冲频率为20ΚΗζ的脉冲偏压，沉积过渡层时间为:3min。步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持7sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 1. OXKT1Pa ；维持金属铬靶材和石墨靶材的电流参数不变；同时，保持施加在钢珠上的脉冲偏压值、脉冲宽度和脉冲频率的参数均不变，沉积类石墨工作层时间为60min。此实施例中，得到的精密轴承用钢珠表面GLC镀层的厚度为0.3 μ m，硬度为 M90HV，摩擦系数为0. 07。实施例2步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗，超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗16min，再放入乙醇中，超声波清洗16min。再用去离子水清洗，并冷风吹干。步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内， 该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，其中，工作盘的主轴旋转转速为 lOr/min，工作盘轴向振动摆幅为士90mm ；真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材，并保证所有铬靶材和石墨靶材与钢珠之间的距离均为105mm。步骤3 溅射清洗将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. OX 10_3Pa，再通入气流量为53sCCm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为5. OX 10-1 ；直接在铬靶材上施加0. 25A的靶电流，同时，对钢珠施加负偏压值为450V、脉冲宽度为2. 5 μ S、且脉冲频率为160ΚΗΖ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，直至去除钢珠表面剩余油污和氧化皮，溅射清洗时间为30min。步骤4 沉积纯铬打底层此步骤中，保持53sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 5. OXKT1Pa ；以2. 5A/min的速率将铬靶材的靶电流调节至15A，同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至70V，脉冲宽度为2. 5 μ s、且脉冲频率为160ΚΗζ的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为6min。步骤5 沉积过渡层此步骤中，保持53sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 5. OXKT1Pa,以2. 5A/min的速率将铬靶材的靶电流调节至1A，同时，以1. 5A/min的速率将石墨靶材的靶电流调节至3A ；同时，将施加在钢珠上的负偏压值保持在70V、脉冲宽度为 2. 5 μ S、且脉冲频率为160ΚΗζ的脉冲偏压，沉积过渡层时间为6min。步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持53sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 5. OXKT1Pa ；维持金属铬靶材和石墨靶材的电流参数不变；同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至120V、脉冲宽度为5 μ S、且脉冲频率为320ΚΗζ，沉积类石墨工作层时间为180min。此实施例中，得到的精密轴承用钢珠表面GLC镀层的厚度为2.6μπι，硬度为 1980HV，摩擦系数为0. 16。实施例3步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗，超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗30min，再放入乙醇中，超声波清洗30min。再用去离子水清洗，并冷风吹干。步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内， 该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，其中，工作盘的主轴旋转转速为 20r/min，工作盘轴向振动摆幅为士200mm ；真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材，并保证所有铬靶材和石墨靶材与钢珠之间的距离均为180mm。步骤3 溅射清洗
将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. 0X10_3Pa，再通入气流量为lOOsccm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为9. SXlO-1Pa ；直接在铬靶材上施加0. 5A的靶电流，同时，对钢珠施加负偏压值为600V、脉冲宽度为0. 2 μ S、且脉冲频率为350ΚΗζ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，直至去除钢珠表面剩余油污和氧化皮，溅射清洗时间为lmin。步骤4 沉积纯铬打底层此步骤中，保持lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 9. 5 X IO^1Pa ；以0. OlA/min的速率将铬靶材的靶电流调节至0. 2A，同时，将施加在钢珠上的脉冲偏压值调节为0，即没有脉冲负偏压的作用，沉积纯铬打底层时间为19min。步骤5 沉积过渡层此步骤中，保持lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 9. 5 X IO^1Pa,以0. 04A/min的速率将铬靶材的靶电流调节至2A，同时，以30V/min的速率将石墨靶材上电压值调节至600V ；钢珠负偏压值为0，沉积过渡层时间为50min。步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 9. 5 X IO^1Pa ；维持金属铬靶材和石墨靶材的电流和电压参数不变；钢珠负偏压值为0，沉积类石墨工作层时间为300min。此实施例中，得到的精密轴承用钢珠表面GLC镀层的厚度为5 μ m，硬度为1520HV， 摩擦系数为0.四。实施例4步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗，超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗lOmin，再放入乙醇中，超声波清洗lOmin。再用去离子水清洗，并冷风吹干。此步骤能基本去除钢珠表面的油污。步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内， 该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，其中，工作盘的主轴旋转转速为 15r/min，工作盘轴向振动摆幅为士 170mm ；真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材，并保证所有铬靶材和石墨靶材与钢珠之间的距离均为150mm。步骤3 溅射清洗将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. OX 10_3Pa，再通入气流量为70sCCm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为8. OX 10-1 ；直接在铬靶材上施加0. 3A的靶电流，同时，对钢珠施加负偏压值为300V、脉冲宽度为5. O μ S、且脉冲频率为20ΚΗζ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，直至去除钢珠表面剩余油污和氧化皮，溅射清洗时间为35min。此步骤中，通过脉冲偏压控制等离子中Ar+等正离子对钢珠表面的进一步清洗效果，使得吸附在钢珠表面的杂质(包括步骤1未去除的杂质以及钢珠表面的氧化皮)脱离钢珠表面，在净化钢珠表面的同时，引起钢珠温升，可大幅度改善界面状态，并有助于后续涂层结合强度的提高。步骤4 沉积纯铬打底层此步骤中，保持70sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 7. 6 X IO^1Pa ；以5A/min的速率将铬靶材的靶电流调节至5A，同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至50V、脉冲宽度为0. 2 μ s、且脉冲频率为350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为 30mino步骤5:沉积过渡层此步骤中，保持70sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为
7.OXKT1Pa,以5A/min的速率将铬靶材的靶电流调节至2A，同时，以30V/min的速率将石墨靶材上电压值调节至1500V;同时，将施加在钢珠上的负偏压值保持在85V、脉冲宽度为 0. 2 μ S、且脉冲频率为320ΚΗζ的脉冲偏压，沉积过渡层时间为45min。步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持70sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为
8.6 X IO^1Pa ；维持金属铬靶材和石墨靶材的电流参数不变；同时，保持施加在钢珠上的脉冲偏压值为50、脉冲宽度为0. 2 μ S、且脉冲频率为20ΚΗζ，沉积类石墨工作层时间为IOOmin。此实施例中，得到的精密轴承用钢珠表面GLC镀层的厚度为0.4 μ m，硬度为 2300HV，摩擦系数为0. 06。实施例5步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗，超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗15min，再放入乙醇中，超声波清洗15min。再用去离子水清洗，并冷风吹干。步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内， 该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，其中，工作盘的主轴旋转转速为 lOr/min，工作盘轴向振动摆幅为士 IOOmm ；真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材，并保证所有铬靶材和石墨靶材与钢珠之间的距离均为110mm。步骤3:溅射清洗将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. O X10_3Pa，再通入气流量为50sCCm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为4. 8X 10-1 ；直接在铬靶材上施加400V的靶电压，同时对钢珠施加负偏压值为450V、脉冲宽度为2. O μ S、且脉冲频率为200ΚΗζ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，直至去除钢珠表面剩余油污和氧化皮，溅射清洗时间为30min。步骤4 沉积纯铬打底层此步骤中，保持eOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 5. OXKT1Pa ；以25V/min的速率将铬靶材上电压值调节至800V ；同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至0，即没有脉冲负偏压的作用，沉积纯铬打底层时间为16min。
步骤5:沉积过渡层此步骤中，保持50sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 4. 8 X IO^1Pa,以25V/min的速率将铬靶材上电压值调节至400V ；同时，以0. 05A/min的速率将石墨靶材的靶电流调节至2A ；将施加在钢珠上的负偏压值调节至0，沉积过渡层时间为 40mino步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持50sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 4. 8 X IO^1Pa ；维持金属铬靶材和石墨靶材的电流和电压参数不变；将施加在钢珠上的负偏压值调节至0，沉积类石墨工作层时间为190min。此实施例中，得到的精密轴承用钢珠表面GLC镀层的厚度为2. 5 μ m，硬度为 1940HV，摩擦系数为0. 17。实施例6步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗，超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗5min，再放入乙醇中，超声波清洗5min。再用去离子水清洗，并冷风吹干。步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内， 该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，其中，工作盘的主轴旋转转速为 20r/min，工作盘轴向振动摆幅为士200mm ；真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材，并保证所有铬靶材和石墨靶材与钢珠之间的距离均为180mm。步骤3:溅射清洗将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. 0X10_3Pa，再通入气流量为lOOsccm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为9. SXlO-1Pa ；直接在Cr靶材上施加550V的靶电压，同时对钢珠施加负偏压值为600V、脉冲宽度为0. 2 μ S、且脉冲频率为350ΚΗζ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，直至去除钢珠表面剩余油污和氧化皮，溅射清洗时间为lmin。步骤4 沉积纯铬打底层此步骤中，保持lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 9. 5 X IO^1Pa ；以50V/min的速率将铬靶材上电压值调节至1500V ；同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至150V、脉冲宽度为0. 2 μ S、且脉冲频率为350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为19min。步骤5:沉积过渡层此步骤中，保持lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 9. 5 X IO^1Pa,以50V/min的速率将铬靶材上电压值调节至800V ；同时，以100V/min的速率将石墨靶材上电压值调节至1500V ；同时将施加在钢珠上的负偏压值保持在150V、脉冲宽度为 0. 2 μ S、且脉冲频率为350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积过渡层时间为Hmin。
步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 9. 5 X IO^1Pa ；维持金属铬靶材和石墨靶材的电压参数不变；同时，将施加在钢珠上的偏压值调节至120V、脉冲宽度调节为0. 5 μ S、且脉冲频率调节为250ΚΗζ的脉冲偏压，沉积类石墨工作层时间为300min。此实施例中，得到的精密轴承用钢珠表面GLC镀层的厚度为4.7 μ m，硬度为 1560HV，摩擦系数为0. 28。实施例7步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗，超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗30min，再放入乙醇中，超声波清洗30min。再用去离子水清洗，并冷风吹干。步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内，该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，其中，工作盘的主轴旋转转速为Ir/ min，工作盘轴向振动摆幅为士20mm ；真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材，并保证所有铬靶材和石墨靶材与钢珠之间的距离均为35mm。步骤3:溅射清洗将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. 0X10_3Pa，再通入气流量为Ssccm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为1. OX 10-1 ；直接在Cr靶材上施加200V的靶电压，同时对钢珠施加负偏压值为300V、脉冲宽度为5μ S、且脉冲频率为20ΚΗζ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，直至去除钢珠表面剩余油污和氧化皮，溅射清洗时间为60min。步骤4 沉积纯铬打底层此步骤中，保持Ssccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 1. OXKT1Pa ；以2V/min的速率将铬靶材上电压值调节至^OV ；同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至80V、脉冲宽度为5 μ S、且脉冲频率为20ΚΗζ的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为 30mino步骤5:沉积过渡层此步骤中，保持Ssccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 1. OXKT1Pa,以lV/min的速率将铬靶材上电压值调节至200V ；同时，以lOV/min的速率将石墨靶材上电压值调节至500V ；同时将施加在钢珠上的负偏压值保持为80V、脉冲宽度为5 μ s、 且脉冲频率为20ΚΗζ的脉冲偏压，沉积过渡层时间为60min。步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持Ssccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 1. OXKT1Pa ；维持金属铬靶材和石墨靶材的电压参数不变；同时，将施加在钢珠上的偏压值调节至40V、脉冲宽度调节为5. O μ S、且脉冲频率调节为20ΚΗζ的脉冲偏压，沉积类石墨工作层时间为60min。此实施例中，得到的精密轴承用钢珠表面GLC镀层的厚度为0. 32 μ m，硬度为 M70HV，摩擦系数为0. 08。实施例8步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗，超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗20min，再放入乙醇中，超声波清洗25min。再用去离子水清洗，并冷风吹干。步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内， 该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，其中，工作盘的主轴旋转转速为 15r/min，工作盘轴向振动摆幅为士 150mm ；真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材，并保证所有铬靶材和石墨靶材与钢珠之间的距离均为160mm。步骤3:溅射清洗将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. 0X10_3Pa，再通入气流量为70sCCm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为6. 6X 10-1 ；直接在铬靶材上施加450V的靶电压，同时对钢珠施加负偏压值为400V、脉冲宽度为3. 5 μ S、且脉冲频率为250ΚΗΖ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，直至去除钢珠表面剩余油污和氧化皮，溅射清洗时间为40min。步骤4 沉积纯铬打底层此步骤中，保持70sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 6. 6 X IO^1Pa ；以25V/min的速率将铬靶材上电压值调节至850V ；同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至60V、脉冲宽度为3. 5 μ S、且脉冲频率为200ΚΗζ的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为20min。步骤5:沉积过渡层此步骤中，保持70sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 6. 6 X IO^1Pa ；以50V/min的速率将铬靶材上电压值调节至300V ；同时，以0. 5A/min的速率将石墨靶材的靶电流调节至15A ；同时将施加在钢珠上的负偏压值调节至50V、脉冲宽度为 3. 5 μ S、且脉冲频率为200ΚΗζ的脉冲偏压，沉积过渡层时间为30min。步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持70sCCm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 6. 6 X IO^1Pa ；维持金属铬靶材和石墨靶材的电流和电压参数不变；同时，保持施加在钢珠上的脉冲偏压参数不变，沉积类石墨工作层时间为200min。此实施例中，得到的精密轴承用钢珠表面GLC镀层的厚度为2.9μπι，硬度为 2300HV，摩擦系数为0. 18。下表为，本专利方法得到的表面镀有GLC镀层的钢珠装备的精密轴承(a)和未镀 GLC镀层的钢珠所装备的精密轴承(b)的力学性能对比
权利要求
1.一种精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，其特征在于，在精密轴承用钢珠表面镀厚度为0. 3 μ m 5 μ m的GLC镀层，该GLC镀层的硬度为1500HV 2500HV，摩擦系数为0. 07 0. 30，包括以下步骤步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗后，用去离子水清洗，并冷风吹干；步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内，该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，所述真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材；步骤3 溅射清洗将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. 0 X 10_3Pa，再通入气流量为7SCCm lOOsccm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为1.0X KT1I3a 9. 5 X IO^1Pa ；直接在铬靶材上施加0. 02A 0. 5A电流，同时，对钢珠施加负偏压值为300V 600V、 脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为Imin 60min ；步骤4 沉积纯铬打底层此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 I-OXKT1Pa 9. SXKT1Pa;将铬靶材的靶电流调节至0. 2A 15A，同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至O 150V、脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为Imin 30min ；步骤5 沉积过渡层此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 1.0 X KT1Pa 9. SXKT1Pa,将铬靶材的靶电流调节至0. OlA 2A，同时，将石墨靶材的靶电流调节至IA 15A，或将石墨靶材上电压值调节至500V 1500V ；同时，将施加在钢珠上的负偏压值保持在O 150V、脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积过渡层时间为3min 60min ；步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 1.0 X KT1Pa 9. SXKT1Pa;维持金属铬靶材和石墨靶材的电流和电压参数不变；同时，保持施加在钢珠上的脉冲偏压参数不变，或将施加在钢珠上的偏压值调节至O 120V、脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ S、 且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积类石墨工作层时间为60min 300min。
2.按照权利要求1所述精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，其特征在于，步骤1中，对待处理钢珠进行超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗5min 30min，再放入乙醇中，超声波清洗5min 30min。
3.按照权利要求1所述精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，其特征在于，步骤2中，保证各靶材与钢珠之间的距离为30mm 180mm，且工作盘的主轴旋转转速为lr/min 20r/min，工作盘轴向振动摆幅为士 20_ 士 200mm，
4.按照权利要求1所述精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，其特征在于，铬靶材上靶电流的调节速率均为0. 01A/min 5A/min，石墨靶材的靶电流的调节速率为 0. OlA/min 5A/min。
5.按照权利要求1所述精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，其特征在于，铬靶材上靶电流的调节速率均为0. OlA/min 5A/min，石墨靶材上电压值的调节速率均为lV/min 100V/min。
6.一种精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，其特征在于，在精密轴承用钢珠表面镀厚度为0. 3 μ m 5 μ m的GLC镀层，该GLC镀层的硬度为1500HV 2500HV，摩擦系数为0. 07 0. 30，包括以下步骤步骤1 对待处理钢珠进行超声清洗后，用去离子水清洗，并冷风吹干；步骤2 将步骤1得到的钢珠置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内，该工作盘在下述各步骤中保持主轴旋转和轴向振动运动，其中，所述真空腔室内放置有铬靶材和纯石墨靶材；步骤3 溅射清洗将步骤2中的真空腔室抽真空，使该真空腔室的真空度小于6. OX 10_3Pa，再通入气流量为7SCCm lOOsccm的氩气，保持此步骤中该真空腔室中的工作气压为1.0X KT1I3a 9. 5 X IO^1Pa ；直接在铬靶材上施加200V 600V电压，同时对钢珠施加负偏压值为300V 600V、脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，以对钢珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为Imin 60min ；步骤4 沉积纯铬打底层此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 I-OXKT1Pa 9. SXKT1Pa;将铬靶材上电压值调节至250V 1500V ；同时，将施加在钢珠上的负偏压值调节至 O 150V、脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积纯铬打底层时间为Imin 30min ；步骤5 沉积过渡层此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 1.0 X KT1Pa 9. SXKT1Pa,将铬靶材上电压值调节至200V 800V ；同时，将石墨靶材的靶电流调节至IA 15A， 或将石墨靶材上电压值调节至500V 1500V ；同时将施加在钢珠上的负偏压值保持在O 150V、脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ s、且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积过渡层时间为3min 60min ；步骤6 沉积类石墨工作层此步骤中，保持7sCCm lOOsccm的氩气流量，并保持该真空腔室中的工作气压为 I-OXKT1Pa 9. SXKT1Pa;维持金属铬靶材和石墨靶材的电流和电压参数不变；同时，保持施加在钢珠上的脉冲偏压参数不变，或将施加在钢珠上的偏压值调节至O 120V、脉冲宽度为0. 2 μ s 5 μ S、 且脉冲频率为20ΚΗζ 350ΚΗζ的脉冲偏压，沉积类石墨工作层时间为60min 300min。
7.按照权利要求6所述精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，其特征在于，步骤1中，对待处理钢珠进行超声清洗的具体方法为将待处理钢珠置于丙酮溶液中，超声波清洗5min 30min，再放入乙醇中，超声波清洗5min 30min。
8.按照权利要求6所述精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，其特征在于，步骤2中，保证各靶材与钢珠之间的距离为30mm 180mm，且工作盘的主轴旋转转速为lr/min 20r/min，工作盘轴向振动摆幅为士 20_ 士 200mm，
9 按照权利要求6所述精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，其特征在于，铬靶材上电压值的调节速率均为lV/min lOOV/min，石墨靶材的靶电流的调节速率为 0. OlA/min 5A/min。
10.按照权利要求6所述精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑的处理方法，其特征在于，铬靶材上电压值的调节速率均为lV/min lOOV/min，石墨靶材上电压值的调节速率均为 lV/min 100V/min。
全文摘要
一种精密轴承用钢珠离子镀GLC镀层实现自润滑减摩性能的处理方法，包括以下步骤对待处理钢珠进行超声清洗后，用去离子水清洗，并冷风吹干；再置于磁控溅射离子镀设备真空腔室中的工件盘内再依次进行溅射清洗、沉积纯铬打底层、沉积过渡层步骤以及沉积类石墨工作层等步骤。本发明方法处理后钢珠具有高承载、高转速、低振动、以及低摩擦的特性，能满足于航空、航天等领域的应用。
文档编号C23C14/06GK102230153SQ201110169189
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月22日 优先权日2011年6月22日
发明者李洪涛, 胡鹏飞, 蒋百灵, 贾贵西 申请人:西安理工大学