用于高真空下类金刚石基固-液复合润滑薄膜的制备方法
【专利说明】
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及用于高真空下的类金刚石基固-液复合润滑薄膜的制备方法，属于表 面工程技术领域。
[0003]
【背景技术】
[0004] 高硬度类金刚石薄膜和磁控瓣射二硫化钢薄膜是近年来在航空航天、高技术装备 润滑系统等领域应用较多的两种固体润滑薄膜，由于具有耐磨与润滑一体化特性，类金刚 石薄膜是近年来受关注较多的新型防护薄膜。但是类金刚石膜在高真空下耐磨寿命不足和 摩擦系数环境敏感性问题，直接限制了其在航天技术领域的广泛应用，因此适用于高真空 环境下，具有强化和润滑特性的低摩擦长寿命类金刚石薄膜一直是航天领域追求的理想固 体润滑材料。
[0005] 对现有技术进行的检索发现：为了提高类金刚石的高真空耐磨寿命和降低其摩擦 系数对环境的依赖性，已有的专利技术（如中国专利-公开号CN102994947A)提到，类 金刚石复合二硫化钢纳米多层薄膜来改善类金刚石膜层的环境适应性，通过渗杂高真空磨 损性能优异的二硫化钢来提高其在高真空环境下的寿命，但其改善的方法牺牲了类金刚石 膜层的高硬度和化学稳定性。因此必须开发一种在保持类金刚石膜层高硬度和化学稳定性 的同时提高其在高真空环境下服役寿命的复合润滑膜层。最佳思路就是采用固体-油脂复 合润滑的方式，通过油脂来隔绝类金刚石膜和真空环境直接接触，降低其环境敏感性，另一 方面由于油脂润滑剂的存在，类金刚石膜的磨屑与润滑剂混合后，容易在对偶上形成完整 的、含碳富油脂的转移膜，摩擦副体系由"对偶材料-油脂-类金刚石膜"转化为"类金刚石 膜-油脂-类金刚石膜"新的固-液润滑体系，从而提高了整体摩擦副体系的磨损寿命。对 现有文献和专利检索，未发现采用WMeC(Me=Ti、化、W)为阴极弧源通过离子注入与沉积技 术来制备Me-C:H薄膜并用于高真空下的具体技术措施和手段。
[0006]
【发明内容】
[0007] 针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提出一种用于高真空下的类金刚石 基固-液复合润滑薄膜的制备方法，克服现有类金刚石膜在高真空下耐磨寿命不足和摩擦 系数环境敏感性等问题，获得的类金刚石基固-液复合润滑薄膜具有低摩擦、高硬度与初 性一体化等特性。
[0008] 为解决上述问题，本发明是通过W下的技术方案实现的：一种用于高真空下的类 金刚石基固-液复合润滑薄膜的制备方法，包括如下步骤： A)W铅合金、铁合金、轴承钢作为基体材料，使用前进行抛光、丙丽超声清洗、无水己醇 超声清洗、烘干并置于真空室中，抽真空至5.ox10中曰，在沉积薄膜前对样件进行Ar等离 子体瓣射清洗； B) 采用离子注入与沉积技术，选择金属Me祀和金属碳化物MeC祀作为阴极弧源，成和 C2H2作为反应气体，通过控制阴极弧源、反应气体的种类及组合来依次制备Me/MeN/MeNC/ MeC/Me-C:H过渡层膜层，最终获得具有梯度过渡结构的类金刚石复合多层薄膜； C) 选取真空润滑油脂使其均匀吸附于膜层表面，得到类金刚石基固-液复合润滑薄 膜。
[0009] 一些实施例中，Me可选取金属TiXr、W，工作气压为3. 0X10 2~3. 0X10ipa，注入 脉冲负偏压为20~25kV，处理时间为广地。
[0010] 优选地，所述过渡层单层厚度为100~400皿，表层金属渗杂Me-C:H单层厚度为 200-800nm，复合膜层总厚度为1~4μm。
[0011] 本发明相对于现有技术具有如下优点： 该方法采用等离子体浸没离子注入与沉积技术在铅合金、铁合金、轴承钢基底上依次 沉积Me/MeN/MeNC/MeC/Me-C:H(Me=Ti、化、W)膜层，最终获得具有梯度过渡结构的类金 刚石复合多层薄膜；并通过固-液复合润滑处理技术解决了类金刚石膜在高真空下耐磨寿 命不足和摩擦系数环境敏感性问题，在高真空环境下的磨损率较传统的二硫化钢薄膜降低 广2个数量级，实现了空间运动部件表面强化及润滑一体化处理。
[0012]
【附图说明】
[0013] 通过阅读参照W下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它 特征、目的和优点将会变得更明显： 图1是本发明的的流程图； 图2是本发明的类金刚石基固-液复合润滑薄膜摩擦磨损机理示意图。
[0014]
【具体实施方式】
[0015] 参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细地描述本发明。然而，本发明可 许多不同形式实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。
[0016] 现参考附图1~2详细描述本发明的一种用于高真空下类金刚石基固-液复合润 滑薄膜的制备方法： 实施例1 ; 一种用于高真空下的类金刚石基固-液复合润滑薄膜，依次由TC4铁合金、厚度为2μm的Ti/TiN/TiNC/TiC/Ti-C:H梯度多层类金刚石膜、LH201真空脂膜构成。
[0017] 具体制备工艺按W下步骤进行： (1) 将TC4合金样件进行抛光、丙丽超声清洗、无水己醇超声清洗、烘干并置于 PIIID-04型离子注入与沉积设备中，抽真空至5. 0X10申曰，在沉积薄膜前对样件进行Ar等 离子体瓣射清洗，清洗气压为0. 5Pa，偏压为-6kV，清洗时间为30min; (2) 离子注入Ti粘结层，金属Ti祀为阴极弧源，工作气体为Ar，注入气压为 4. 0X10 2Pa，注入偏压为-20kV，注入时间为比，注入层厚度约为200皿； (3) 离子注入与沉积TiN/TiNC/TiC过渡层，金属Ti祀为阴极弧源，工作气体依次为 成、成与C2H2混合气体、C2H2，工作气压为0.IPa，注入与沉积偏压为-20kV，每层过渡层制备 时间为化，制备获得TiN/TiNC/TiC过渡层各个单层厚度为400nm，总厚度为1200nm; (4) 离子注入与沉积Ti-C:H功能层，TiC祀为阴极弧源，工作气体为C2H2，工作气压为 0. 3Pa，注入与沉积偏压为-20kV，制备时间为化，制备获得Ti-C:H功能层厚度为600皿； (5) 选取LH201真空润滑脂使其均匀吸附于Ti/TiN/TiNC/TiC/Ti-C:H梯度多层类金 刚石膜表面，得到类金刚石基固-液复合润滑薄膜。
[001引 实施例2: 一种用于高真空下的类金刚石基固-液复合润滑薄膜，依次由TC4铁合金、厚度为2μm的Ti/TiN/TiNC/TiC/Ti-C:H梯度多层类金刚石膜、LH201真空脂膜构成。
[0019] 具体制备工艺按W下步