一种高硬度低摩擦的滑块的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种减摩滑动构件，具体涉及一种用于活塞杆的高硬度低摩擦的滑块，属于机械技术领域。
【背景技术】
[0002]随着航天工业、高速列车、资源开采设备、医疗器械以及工业自动化设备等行业的高速发展，高速度、高精度、高效能、低噪音、自动化、智能化已成为现代机械装备的重要标志和发展方向。机械系统需要深入考虑的因素越来越多，机构零部件的工作稳定性、使用寿命、工作误差、耐冲击性、摩擦磨损等因素对机械部件的工作性能产生极大的影响。
[0003]上世纪七十年代以来，在自动化控制与动力机械的领域内，为了适应产品高精度、高速度、节能以及缩短研发周期等要求，直线传动技术得到了广泛的应用。在直线传动领域中，技术提升和产品细分已经成为必然趋势，滑轨与滑块是较为关键的构件，已成为各种机床、数控加工中心、发动机等不可缺少的重要功能部件。
[0004]滑块在服役过程中失效的主要原因有，滑块表面质量性能不合格、表面硬度低、严重的磨损等，因此，为了保证滑块的工作稳定性及使用寿命，滑块的表面处理受到了高度重视。用于提高滑块表面耐磨性的表面处理方法有很多，如淬火、喷砂、渗氮等等，然而这些处理方法各自都存在着它们的缺陷，例如淬火不太适用有色金属基体，喷砂会降低基体表面的光洁度，等等，总之这些处理方法都难于得到兼具高硬度、低摩擦和耐腐蚀的高耐磨表面。
[0005]在表面覆盖耐磨的涂层是一种新型的提高零件摩擦性能和延长工作寿命的有效途径。随着目前服役环境的愈发恶劣，传统滑块已逐渐不能满足苛刻的工作要求，为了使滑块的性能能够充分满足装备运行中摩擦因数低、耐磨性好、不加油润滑和耐高温等各种要求，于是对涂层材料的硬度、摩擦系数等性能提出了更高的要求，以保证滑块的工作稳定性、提高工作效率，并延长其使用寿命，因此迫切需要开发性能更为优良的保护性涂层材料。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高硬度低摩擦的滑块，其通过多靶磁控溅射工艺获得高硬度和低摩擦系数的表面，从而改善滑块的耐磨性和减摩性，延长使用寿命。
[0007]本实用新型通过以下技术方案来解决其技术问题:
[0008]一种高硬度低摩擦的滑块，包括有本体，所述本体的上平面设有通气槽，下平面设有与活塞杆接触的活塞杆安装槽，该活塞杆安装槽内间隔地设有弹簧安装孔，所述本体的表面设有具有高硬度和低摩擦系数的NbN/WS2#层涂层，该NbN/WS 2多层涂层由多个NbN纳米层和WS2纳米层—交替叠加而成。
[0009]进一步地，所述的NbN/WS2多层涂层的总厚度为3.0?8.0 μ m，每一 NbN纳米层的厚度为6.0?8.0nm，每一吧2纳米层的厚度为0.7?2.1nm0
[0010]进一步地，所述的NbN/WS2多层涂层是通过多靶磁控溅射方式在所述高硬度低摩擦的滑块的本体上交替溅镀沉积而形成的。
[0011]进一步地，靠近所述高硬度低摩擦的滑块的本体的是NbN纳米层，最外层为WS2m米层。
[0012]进一步地，当WS2m米层厚度小于0.9nm时，所述的WS 2纳米层和NbN纳米层均为六方结构。
[0013]与现有滑块相比，本实用新型的有益效果如下:
[0014]本实用新型采用多靶磁控溅射工艺在本体上交替溅镀多个纳米量级的NbN层和WSJl，在本体的表面形成由NbN纳米层和WS 2纳米层交替沉积的多层结构。该NbN/WS 2多层涂层硬度高，摩擦系数小，最大硬度可达38.7GPa ;由于WS2m米层的加入，使该NbN/WS 2多层涂层具有较低的摩擦系数，其与GCrl5钢球的摩擦系数相比低0.25，从而表现出优异的耐摩擦性能。因而本实用新型的滑块具有优异的耐磨性和减摩性，提高了工作稳定性，延长了使用寿命。制备所采用的多靶磁控溅射工艺，具有制备工艺简单、沉积速度快、生产效率高、生产成本低以及无任何有害成分、安全环保的优点。
【附图说明】
[0015]图1是本实用新型的俯视图。
[0016]图2是本实用新型的仰视图。
[0017]图3是图2中A-A向剖视图。
[0018]图4是图3的B部放大图。
[0019]图5是实施例所得到的NbN/WS2多层涂层横截面的透射电镜图。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域技术人员对本实用新型的内容更为清楚明确，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。
[0021]实施例
[0022]如图1、图2和图3所示，所述高硬度低摩擦的滑块包括本体I，所述本体I朝上的上平面设有通气槽2，该本体I朝下的下平面设有与活塞杆接触的活塞杆安装槽3，该活塞杆安装槽3内间隔地设有弹簧安装孔4。所述本体I的材质为硬质合金。
[0023]请结合参阅图3和图4，所述本体I的表面上设有具有高硬度和低摩擦系数的NbN/WS2#层涂层5，该NbN/WS 2多层涂层5由多个NbN纳米层和WS 2纳米层一一交替叠加而成，靠近所述高硬度低摩擦的滑块的本体I的是NbN纳米层，最外层为WS2m米层。所述的NbN/WS2#层涂层5的总厚度为3.0?8.0 μπι，每一 NbN纳米层的厚度为6.0?8.0nm,每一 WS^米层的厚度为0.7?2.lnm。当WS 2纳米层厚度小于0.9nm时，所述的WS 2纳米层和NbN纳米层均为六方结构。
[0024]所述的NbN/WS2#层涂层5是通过多靶磁控溅射方式在所述高硬度低摩擦的滑块的本体I上交替溅镀沉积而形成的，其制备过程包括如下具体步骤:
[0025](I)清洗本体I
[0026]首先，将经抛光处理后的本体I送入超声波清洗机，依次用丙酮和无水乙醇以15?30kHz分别进行超声波清洗1min ;然后，将超声波清洗后的本体I装进真空室，抽真空到6 X KT4Pa后通入Ar气，维持真空度在2?4Pa，用功率为80?100W射频电源对本体I进行离子轰击30min进行离子清洗；
[0027](2)交替溅射NbN层和吧2层
[0028]将经步骤(I)离子清洗后的本体I置入多靶磁控溅射仪中，在氩、氮混合气氛中交替停留在Nb合金靶和WSjE之前，通过溅射获得由多个NbN纳米层和WS 2纳米层交替叠加的纳米量级多层涂层，过程中调整Nb靶和WS2靶的功率和沉积时间以控制每一纳米涂层的厚度，最终得具有高硬度和低摩擦系数的NbN/WS2#层涂层5。
[0029]经检测，由上述步骤所得的具有高硬度和低摩擦系数的NbN/WS2#层涂层5中，NbN纳米层的厚度为7nm，WS2m米层的厚度为0.8nm，具有高硬度和低摩擦系数的NbN/WS 2多层涂层5的总厚度为5.6 μ m，硬度为38.7GPa，在与GCrl5钢球进行摩擦中的摩擦系数为0.25。
[0030]采用Tecnai G2 20型高分辨透射电子显微镜(美国FEI公司)对上述所得具有高硬度和低摩擦系数的NbN/WS2#层涂层5的横截面进行观察，所得的NbN/WS 2多层涂层5截面的微观组织如图5所示，从图5中可以看出NbN纳米层与WS2纳米层之间具有多层结构，NbN纳米层与WS2纳米层的厚度范围分别为6.0?8.0nm和0.7?2.1nm,并且可以看出晶格条纹连续的贯穿多个纳米层，表明NbN纳米层与ws2m米层之间形成共格外延生长结构，该共格生长界面对位错运动有阻碍作用，使得最终所得NbN/WS2多层涂层得到强化。
[0031]以上是本实用新型的一个最佳的实施例，描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。应该了解的是，本实用新型的保护范围不受上述实施例的限制，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型的保护范围还包括其它的对于本领域技术人员来讲是显而易见的变换、替代和改进。本实用新型所要求的保护范围由权利要求书界定。
[0032]本实用新型所述高硬度低摩擦的滑块具有优异的耐磨性和减摩性，表面具有较高的硬度、较高的耐冲击性和较低的摩擦系数，提高了工作稳定性，延长了使用寿命。
【主权项】
1.一种高硬度低摩擦的滑块，包括有本体，所述本体的上平面设有通气槽，下平面设有与活塞杆接触的活塞杆安装槽，该活塞杆安装槽内间隔地设有弹簧安装孔，其特征在于:所述本体的表面设有具有高硬度和低摩擦系数的NbN/WS2#层涂层，该NbN/WS2多层涂层由多个NbN纳米层和WS2纳米层--交替叠加而成。
2.根据权利要求1所述的高硬度低摩擦的滑块，其特征在于:所述的NbN/WS#层涂层的总厚度为3.0?8.0 μπι，每一 NbN纳米层的厚度为6.0?8.0nm，每一 WS2纳米层的厚度为 0.7 ?2.lnm。
3.根据权利要求2所述的高硬度低摩擦的滑块，其特征在于:所述的NbN/WS2#层涂层是通过多靶磁控溅射方式在所述高硬度低摩擦的滑块的本体上交替溅镀沉积而形成的。
4.根据权利要求1、2或3所述的高硬度低摩擦的滑块，其特征在于:靠近所述高硬度低摩擦的滑块的本体的是NbN纳米层，最外层为ws2m米层。
5.根据权利要求1所述的高硬度低摩擦的滑块，其特征在于:当WS2纳米层厚度小于.0.9nm时，所述的WS2m米层和NbN纳米层均为六方结构。
【专利摘要】一种高硬度低摩擦的滑块，包括有本体，所述本体的上平面设有通气槽，下平面设有与活塞杆接触的活塞杆安装槽，该活塞杆安装槽内间隔地设有弹簧安装孔，所述本体的表面设有具有高硬度和低摩擦系数的NbN/WS2多层涂层，该NbN/WS2多层涂层由多个NbN纳米层和WS2纳米层一一交替叠加而成；所述NbN/WS2多层涂层是采用多靶磁控溅射法在所述滑块的本体上交替溅镀而形成的，其总厚度为3.0～8.0μm，每一NbN纳米层的厚度为6.0～8.0nm，每一WS2纳米层的厚度为0.7～2.1nm。本实用新型具有优异的耐磨性和减摩性，表面具有较高的硬度、较高的耐冲击性和较低的摩擦系数，提高了工作稳定性，延长了使用寿命。
【IPC分类】F15B15-20, C23C14-06, F16C33-04, C23C14-35
【公开号】CN204300129
【申请号】CN201420745118
【发明人】汪鸿涛, 刘京京, 李伟
【申请人】比尔安达(上海)润滑材料有限公司, 平湖比尔安达新材料科技有限公司, 上海理工大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月2日