专利名称：一种空间用耐磨损材料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种空间用耐磨损材料，属于表面改性领域。
背景技术：
空间飞行器活动部件采用二硫化钼作为表面润滑材料，主要针对减磨，硬度较低， 耐磨性较差，不太适用于高承载传动类活动部件的表面改性。随着空间飞行器对长寿命、高可靠活动部件应用需求的增加，急需提高活动部件的耐磨损性能。因此必须开发一种在真空环境下具有耐磨减摩性能的硬质材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空间用耐磨损材料，所述材料耐磨性和减磨性能好， 能够显著地改善空间活动零部件的表面性能，提高其使用寿命及可靠性。本发明的目的由以下技术方案实现一种空间用耐磨损材料，所述材料由四层结构组成，依次为金属基体、Cr层、W_C:H 层和a-C:H层构成；其中金属基体为不锈钢，W-C:H层为金属钨掺杂含氢类金刚石，a-C:H层为含氢类金刚石。所述材料的制备方法如下(1)化学清洗，分别使用石油醚、丙酮、酒精对金属基体进行超声波清洗；(2)加热及抽真空，保证薄膜沉积时处于设定的温度和真空范围内；(3)等离子体源轰击清洗，向真空室通入氩气，开启等离子体源对基体表面进行轰击清洗，去除基体表面的附着物；(4)沉积Cr层，开启Cr靶在基体表面沉积Cr层，使得Cr层与基体表面形成强的界面，提高薄膜附着力；(5)沉积W-C:H层，开启WC靶，通入Ar和C2H2，通过控制W含量及H含量，获得具有预定硬度的W-C:H层，提高薄膜的承载能力及耐磨损能力；(6)沉积a_C:H薄膜，通入C^2气体，通过控制表层膜中氢元素含量及梯度，释放薄膜的内应力，减小薄膜的摩擦系数。经测试，本发明所述材料硬度达到HV2000 3000，真空环境下摩擦系数低至 0. 02 0. 1，附着力 > 100mN。有益效果本发明所述材料硬度达到HV2000 3000，真空环境下摩擦系数低至0. 02 0. 1， 附着力> IOOmN,耐磨性和减磨性能好，能够显著地改善空间活动零部件的表面性能，提高其使用寿命及可靠性。
图1为本发明的空间用耐磨损材料的结构示意图
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。实施例1一种空间用耐磨损材料，如图1所示，所述材料由四层结构组成，依次为金属基体、Cr层、W-C:H层和a_C:H层构成；其中金属基体为谐波减速器刚轮柔轮，W-C:H层金属钨掺杂含氢类金刚石，a-C:H层为含氢类金刚石。所述材料的制备方法如下(1)化学清洗。分别使用石油醚、丙酮、酒精对谐波减速器刚轮柔轮进行超声波清洗，清洗时间为5min。(2)加热及抽真空。真空室加热至约200°C，并使得真空度优于2X10_3Pa。(3)等离子体源轰击清洗。向真空室通入氩气，开启等离子体源对谐波减速器刚轮柔轮表面进行轰击清洗，去除谐波减速器刚轮柔轮表面的附着物，等离子体源电流20A，偏压-100V，时间10分钟。(4)沉积Cr层。向真空室通入氩气使得真空室压力在2_4Pa，开启Cr靶在谐波减速器刚轮柔轮表面沉积Cr层，溅射靶功率6kW，非平衡线圈电流3A，工件台偏压-30V，沉积时间5min。(5)沉积W-C:H层。向真空室通入Ar和C2H2，同时开启WC靶在Cr层上沉积W-C:H 层，Ar流量lOOsccm，C2H2流量lOsccm，非平衡线圈电流3A，工件台偏压-30V，靶溅射功率 4kW，沉积时间为90min。(6)沉积a_C:H层。真空室通入C2H2沉积a_C:H层。C2H2流量200sccm，非平衡线圈电流3A，工件台偏压-900V，沉积时间为60min。经测试，本发明所述材料硬度达到HV2500，真空环境下摩擦系数低至0. 04，附着力> lOOmN。本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种空间用耐磨损材料，其特征在于所述材料由四层结构组成，依次为金属基体、 Cr层、W-C:H层和a-C:H层构成。
2.根据权利要求1所述的一种空间用耐磨损材料，其特征在于所述金属基体为不锈钢。
3.根据权利要求1所述的一种空间用耐磨损材料，其特征在于所述W-C:H层为金属钨掺杂含氢类金刚石。
4.根据权利要求1所述的一种空间用耐磨损材料，其特征在于所述a_C:H层为含氢类金刚石。
全文摘要
本发明公开了一种空间用耐磨损材料，属于表面改性领域。所述材料由四层结构组成，依次为金属基体、Cr层、W-C:H层和a-C:H层构成；其中金属基体为不锈钢，W-C:H层为金属钨掺杂含氢类金刚石，a-C:H层为含氢类金刚石。该材料硬度2000～3000，真空环境下摩擦系数低至0.02～0.1，附着力＞100mN，耐磨性和减磨性能好，能够显著地改善空间活动零部件的表面性能，提高其使用寿命及可靠性。
文档编号C23C28/00GK102409340SQ20111039672
公开日2012年4月11日 申请日期2011年12月4日 优先权日2011年12月4日
发明者万志华, 周晖, 桑瑞鹏, 郑军 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一〇研究所