该基件优选为钛合金基件。
[0026] (2)溅射清洗：采用等离子体轰击清洗，向真空室内通入氩气，开启等离子体对基 件表面以及真空腔室进行脉冲轰击清洗。通过该工序，能够以去除工件表面和真空腔室表 面的附着污染物，工件在溅射清洗后会形成干净而粗糙的表面，有利于有序的镀膜过程； (3) 制备TiN过渡层1 :溅射清洗完成后，关闭氩气气阀，向真空室通入氮气，开启磁过 滤钛脉冲电弧离子源8,通过施加工件上的负高压脉冲电压6的作用，使金属离子10加速冲 向工件并与氮气发生反应形成TiN注入并沉积在工件表面； (4) 制备TiNC过渡层2 :向真空室通入乙炔和氮气，两种气体的流量比控制为1:1~3， 开启磁过滤钛脉冲电弧离子源8,在工件表面沉积TiNC膜层； (5) 制备TiC过渡层3:关闭氮气气阀，继续向真空室通入乙炔气体，开启磁过滤钛脉冲 电弧离子源8,在工件表面沉积TiC膜层； 在步骤（2)至步骤（5)中，优选的是，工作气压为5. 0X10_2~3.OXlC^Pa，注入偏压为 20~25kV，处理时间共为3~4h。
[0027] (6)制备钨掺杂类金刚石层：采用碳化钨作为阴极，开启磁过滤碳化钨脉冲电弧离 子源8,以乙炔为工作气体11，制备钨掺杂类金刚石（W_C:H膜）层，通过控制阴极弧电流及 乙炔气体气压和流量来调节膜层中的钨掺杂量；如此制备的钨掺杂类金刚石层为高硬度的 抗磨层。其中，优选的是，以纯度为99. 99%的碳化钨作为阴极的磁过滤阴极弧源产生含钨 等离子体，工作气压为5. 0X10-2~3.OXKrPa，注入偏压为20~25kV，处理时间为1~4h。并 且其通过控制阴极弧电流及乙炔气体气压和流量来调节膜层中的钨掺杂量； 其中步骤（2)至步骤（6)在真空内进行，真空室本底真空度例如为5.OXl(T3Pa。 实施例
[0028] 以下结合实施例对本发明进行说明，但本发明不限于下述实施例。
[0029] 如下制作本发明的固体润滑膜层： (1) 将待处理工件在分析纯级的丙酮和乙醇中依次进行超声清洗，清洗时间为30min; (2) 对放入真空室中的工件进行氩离子溅射清洗，氩气流量为5〇SCCm，工作气压为 5.0乂10，&，氩等离子体由射频源产生，射频功率为300?，脉冲偏压为61^，清洗时间为 30min; (3) 沉积TiN过渡层1 :钛等离子体由纯度为99. 95%的钛靶作为阴极的磁过滤脉冲 阴极弧源产生，氮等离子体由真空室中的氮气在钛等离子体的碰撞下产生，工作气压为 1.OXH^Pa，注入偏压为20kV，处理时间为lh; (4) 沉积TiNC过渡层2:钛等离子体由纯度为99. 95%的钛靶作为阴极的磁过滤脉冲 阴极弧源产生，碳、氮等离子体分别由真空室中的氮气、乙炔在钛等离子体的碰撞下产生， 工作气压为l.OXKrPa，注入偏压为20kV，处理时间为lh; (5) 沉积TiC过渡层3:钛等离子体由纯度为99. 95%的钛靶作为阴极的磁过滤脉 冲阴极弧源产生，碳等离子体由真空室中的乙炔在钛等离子体的碰撞下产生，工作气压为 1.OXH^Pa，注入偏压为20kV，处理时间为lh; (6) 制备高硬度耐磨涂层W-C:H:以纯度为99. 99%的碳化钨作为阴极的磁过滤阴极弧 源产生等离子体，以乙炔作为工作气体，工作气压为2.OXH^Pa，注入偏压为20kV，处理时 间为2h; 经测试，本发明所获得的多层复合结构膜层在高速重载下的摩擦磨损寿命比同等厚度 的单层类金刚石膜层提高1~2个数量级，磨损寿命达到106转，大气下摩擦系数0. 1，真空中 在选定的真空脂配合下，摩擦系数介于0.05~0. 1之间磨损寿命高于105转。
[0030] 本发明所获得的润滑膜层的主要性能指标如表1所示： 表1
【主权项】
1. 一种固体润滑膜层，其特征在于，其从内到外依次包括位于基件上的TiN过渡层、 TiNC过渡层、TiC过渡层和钨掺杂类金刚石层。
2. -种固体润滑膜层的制备方法，其特征在于，其为权利要求1所述的固体润滑膜层 的制备方法，且其包括以下步骤： (1) 预处理：选取基件，并对基件表面进行表面抛光和有机无机清洗； (2) 溅射清洗：采用等离子体轰击清洗，向真空室内通入氩气，开启等离子体对基件表 面以及真空腔室进行脉冲轰击清洗； (3) 制备TiN过渡层：溅射清洗完成后，关闭氩气气阀，向真空室通入氮气，开启磁过滤 钛脉冲电弧离子源，通过施加工件上的负高压脉冲电压的作用，使金属离子加速冲向基件 并与氮气发生反应形成TiN注入并沉积在基件表面； (4) 制备TiNC过渡层：向真空室通入乙炔和氮气，两种气体的流量比控制为1:1~3,开 启磁过滤钛脉冲电弧离子源，在工件表面沉积TiNC膜层； (5) 制备TiC过渡层：关闭氮气气阀，继续向真空室通入乙炔气体，开启磁过滤钛脉冲 电弧离子源，在工件表面沉积TiC膜层； (6) 制备钨掺杂类金刚石层：采用碳化钨作为阴极，开启磁过滤碳化钨脉冲高压电弧离 子源，以乙炔为工作气体，制备钨掺杂类金刚石层即W-C:H膜层，通过控制阴极弧电流及乙 炔气体气压和流量来调节膜层中的钨掺杂量； 其中，步骤（2)至步骤（6)在真空内进行。
3. 根据权利要求2所述的固体润滑膜层的制备方法，其中，步骤（2)至步骤（6)中的真 空室的本底真空度为5.OXl(T3Pa。
4. 根据权利要求2所述的固体润滑膜层的制备方法，其中，所述基件优选钛合金基件。
5. 根据权利要求2所述的固体润滑膜层的制备方法，其中，在步骤（3)至步骤（5)中， 工作气压为5. 0XKT2~3.OXlOla，注入偏压为20~25kV，处理时间共为3~4h。
6. 根据权利要求2所述的固体润滑膜层的制备方法，其中，在步骤（6)中，以纯 度为99.99%的碳化钨作为阴极的磁过滤阴极弧源产生含钨等离子体，工作气压为 5.0XKT2~3.0X10^^，注入偏压为20~25kV，处理时间为1~4h。
【专利摘要】本发明涉及一种固体润滑膜层及其制备方法。本发明的固体润滑膜层从内到外依次包括位于基件上的TiN过渡层、TiNC过渡层、TiC过渡层和钨掺杂类金刚石层。其制备方法采用全方位离子注入与沉积技术，其工艺简单，沉积过程易于控制，工艺稳定性好。该方法直接将待处理工件浸泡在等离子体中，然后在工件上施加负高压脉冲电压来实现工件表面的离子注入与沉积强化处理，其克服了传统束线离子注入和沉积的直射性限制，同时由于高能离子的轰击而使得所沉积的膜层具有优异的致密性和结合力，因此特别适用于航天航空用精密复杂零部件的表面润滑和强化处理，可满足探测器活动部件面对复杂环境下的长寿命、高可靠性的应用需求。
【IPC分类】C23C14-46, C23C14-06
【公开号】CN104711513
【申请号】CN201310686366
【发明人】沙春生, 宋晓航, 宿国友
【申请人】上海航天设备制造总厂
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2013年12月17日