固体润滑薄膜的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固体润滑薄膜的制造，特别是一种利用电弧离子镀技术制备高耐磨二硫化钨固体润滑薄膜的方法。
【背景技术】
[0002]目前二硫化钨(WS2)是国内外新型固体润滑领域的主要研宄方向。它具有较低的摩擦系数、较高的抗极压性能，抗氧化性优于MoS2,适用于高温、高真空、高负荷、高转速、高辐射、强腐蚀、超低温等苛刻条件。美国率先将其应用到火星探测机器人、飞机、航天飞机等军事领域。
[0003]现有的二硫化钨制备方法主要为磁控溅射法，其原理为通过离化氩气产生氩离子轰击二硫化钨靶材，溅射出二硫化钨粒子在基片上沉积，形成二硫化钨薄膜。在现有技术中，二硫化钨固体润滑膜若要达到较低的摩擦系数其沉积时间至少为2h，膜层厚度仅为I μ m左右，因此利用磁控溅射法制备二硫化钨固体润滑膜存在生产效率低，成本高的问题。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种利用离子镀技术在金属表面制备评^固体润滑薄膜的方法，可显著提高二硫化钨固体润滑薄膜的生产效率，提尚一硫化鹤1旲层的耐磨损性能。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种高耐磨WS2固体润滑薄膜的制造方法，其中，采用电弧离子镀在金属材料基体的表面形成高耐磨WS2固体润滑薄膜，包括如下步骤:
[0006]S100、金属材料基体的预处理，对待加工的金属材料基体进行预处理，去除附着在所述金属材料基体表面的油脂、锈点和杂质；
[0007]S200、生成高耐磨WS2固体润滑薄膜，进一步包括:
[0008]S201、将所述金属材料基体放入真空室内，所述真空室与离子镀装置连接，将所述真空室抽真空；
[0009]S202、通入Ar使离子镀装置的工作气压为设定值5Pa_10Pa，开启离子镀装置的负偏压至-400V?-1000V，进行辉光发电，对所述金属材料基体表面进行清洗；
[0010]S203、以WS2为靶材，使用所述离子镀装置对所述金属材料基体进行表面改性，其中，离子镀装置的弧压为20V?36V，弧流为90A?100A，负压为-100V?-300V，沉积时间为lh，占空比为50-90% ;以及
[0011]S300、金属材料基体的封存，将表面生成高耐磨胃^固体润滑薄膜后的所述金属材料基体放入丙酮溶液中清洗后烘干，并将烘干后的所述金属材料基体真空密封封存。
[0012]上述的高耐磨WS2固体润滑薄膜的制造方法，其中，将所述真空室抽真空至
6.0Xl(T4Pa。
[0013]上述的高耐磨WS2固体润滑薄膜的制造方法，其中，所述靶材WS 2的纯度为95%?99%。
[0014]上述的高耐磨WS2固体润滑薄膜的制造方法，其中，在所述WS 2膜层中，W:S为
1:0.8ο
[0015]上述的高耐磨WS2固体润滑薄膜的制造方法，其中，所述步骤SlOO包括:
[0016]S101、去除所述金属材料基体的表面油脂，用金属除脂溶剂去除该金属材料基体的表面油脂后，将该金属材料基体放入无污染的四氯乙烯溶剂中浸泡20?30分钟，取出后用宣纸吸净残留的四氯乙烯溶剂，再用脱脂棉擦拭该金属材料基体的表面，最后用绸布擦拭干净O
[0017]上述的高耐磨WS2固体润滑薄膜的制造方法，其中，所述步骤SlOO还包括:
[0018]S102、去除锈点，用金属除锈清洗剂浸泡清洗该金属材料基体10?20分钟，取出后擦拭干净，以使其表面无微锈点。
[0019]上述的高耐磨WS2固体润滑薄膜的制造方法，其中，所述步骤SlOO还包括:
[0020]S103、去除杂质，将该金属材料基体放入丙酮溶剂中，超声清洗20?40分钟后取出，使用干净绸布擦干。
[0021]上述的高耐磨WS2固体润滑薄膜的制造方法，其中，所述步骤SlOO还包括:
[0022]S104、超声清洗，将该金属材料基体放入去离子水中，超声清洗5?10分钟后取出，使用干净绸布擦拭，并放置于真空烘箱中烘干2?4小时。
[0023]本发明的技术效果在于:
[0024]本发明采用电弧离子镀技术制备二硫化钨固体润滑薄膜，通过弧压占空比、弧流、负压等参数控制薄膜的结构和性能。其中，弧流大小影响弧源对靶材的烧蚀速率，影响弧源生成的离子数量和真空室内沉积温度；负压影响离子沉积时的能量大小，负压越大，离子向基材运动的速度越快、能量越大；占空比则是影响每个放电周期内负压施加在基材上的时间长短。本发明的二硫化钨固体润滑薄膜膜层致密，生长速度较磁控溅射制备二硫化钨薄膜快、所需制备时间短，且耐磨性能也优于现有技术的二硫化钨固体润滑膜。
[0025]本发明的胃^固体润滑薄膜膜厚可达5 μπι左右，大大减少了二硫化钨固体润滑膜的制备时间，样品在常温下以10g载荷、500rpm转速实验条件进行测试，摩擦系数小于0.1，耐磨寿命达到了 19h，耐磨性能优于采用磁控溅射法制备的二硫化钨固体润滑膜。
[0026]以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
【附图说明】
[0027]图1为本发明一实施例的制造方法流程图；
[0028]图2为本发明一实施例的样品截面图；
[0029]图3为本发明一实施例的WS2固体润滑薄膜摩擦磨损曲线；
[0030]图4为本发明一实施例的装置结构图；
[0031]图5为本发明另一实施例的装置结构图。
[0032]其中，附图标记
[0033]I真空室2高阀分子泵
[0034]3直管弧源4弯管弧源
[0035]S100-300 步骤
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述:
[0037]电弧离子镀是近年来受到广泛关注的一种固体润滑膜制备技术，其原理为利用引弧装置引燃靶电弧，弧斑受磁场作用在阴极靶面快速游动，放电过程产生高温使靶材被蒸发，蒸发的粒子在通过靶前高势皇区域时受场致效应作用被离化形成高度激发态的等离子体，并在工件负偏压的吸引下向工件加速运动，最终沉积在被镀工件表面形成膜层。该方法离化率较高，沉积速率较快，膜基结合强度高，容易形成化合物掺杂转移膜等。
[0038]参见图1，图1为本发明一实施例的制造方法流程图。本发明采用电弧离子镀在金属材料基体的表面形成高耐磨WS2固体润滑薄膜，包括以下步骤:
[0039]步骤S100、金属材料基体的预处理，对待加工的金属材料基体进行预处理，去除附着在所述金属材料基体表面的油脂、锈点和杂质；可具体包括:
[0040]步骤S101、去除所述金属材料基体的表面油脂，用金属除脂溶剂(例如氢氧化钠、碳酸钠、十水磷酸钠、硅酸钠、洗涤剂、缓蚀剂、溶剂水等)去除该金属材料基体的表面油脂后，将该金属材料基体放入无污染的四氯乙烯溶剂中浸泡20?30分钟，取出后用宣纸吸净残留的四氯乙烯溶剂，再用脱脂棉擦拭该金属材料基体的表面，最后用绸布擦拭干净。
[0041]步骤S102、去除锈点，用具有除锈功能的金属除锈清洗剂浸泡清洗该金属材料基体10?20分钟，取出后擦拭干净，以使其表面无微锈点。