[發明專利]三元復合潤滑薄膜的制備方法

無效

• 申請號: 200910051168.4
• 申請日: 2009-05-14
• 公開（公告）號: CN101555584A
• 公開（公告）日: 2009-10-14
• 發明（設計）人: 周磊;王玉東;尹桂林;余震;何丹農
• 申請（專利權）人: 上海交通大學;上海納米技術及應用國家工程研究中心有限公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/06
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種潤滑薄膜技術領域的材料及其制備方法，具體是一種三元復合潤滑薄膜的制備方法。

背景技術

普通層狀結構(2H)的過渡族金屬硫化物WS₂、MoS₂晶體是S-M-S(M＝W，Mo)原子形成的六方體結構，在每一層里S-M原子是以很強的共價鍵結合，層與層之間是以很弱的范德瓦爾斯鍵結合，層與層之間易于滑動。作為固體潤滑劑，WS₂、MoS₂具有摩擦系數小、承載力大、耐磨性好的特點，而且與基材的結合力強、蒸發率低、耐輻射。但是由于層狀結構的WS₂、MoS₂晶體邊緣不飽和的懸掛鍵具有化學活性，在潮濕空氣和富氧環境的摩擦過程中容易粘合到金屬表面和被氧化使其摩擦性能急劇下降，甚至失去潤滑作用，從而對機械系統的安全可靠性和機械零部件的使用壽命產生重要的影響。與此同時，近年來DLC(類金剛石薄膜)由于其高硬度、表面平滑以及良好的抗磨損特性而被廣泛應用于各個領域，然而，較高的摩擦系數、較差的耐久性和較低的結合力無法滿足其應用環境的要求。

經對現有文獻檢索發現，在Surface?&?Coatings?Technology雜志2008年第202期第2418-2422頁發表的《Synthesis?and?structural?properties?ofMo-Se-C?sputtered?coatings》(濺射Mo-Se-C薄膜的制備與結構性質)和VACUUM雜志2007年第81期第1439-1442頁發表的《The?tribological?behaviorof?W-S-C?films?in?pin-on-disk?testing?at?elevated?temperature》(W-S-C薄膜在特定溫度下的摩擦學性能)發現，用磁控濺射法制備的Mo-Se-C和W-S-C復合薄膜具有優異的摩擦學性能，其最低摩擦系數已低于0.05，并且表現出良好的力學性能。本課題組經過系統的研究發現，磁控濺射制備的WS₂/MoS₂-C復合多層薄膜，由于各薄膜層之間的結構優化作用，薄膜承載能力和耐磨性大大提高。同時，為了進一步增強金屬基體與薄膜之間的結合強度，在濺射復合薄膜之前，在基體上濺射有一層100nm左右的Ti(Ni或Cr)中間層。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種三元復合潤滑薄膜的制備方法，制備出具有優異減摩性能以及良好耐磨性能的薄膜。本發明制備工藝簡單，沉積過程易于控制，薄膜沉積后無需進行熱處理，可直接作為機械零部件表面的減摩防護薄膜使用。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明涉及的三元復合潤滑薄膜的制備方法，包括以下步驟：

第一步、將不銹鋼基片拋光處理并洗凈烘干，裝入濺射室內。

所述的不銹鋼基片是指：直徑為3cm的不銹鋼圓片，厚度為4mm。

所述的拋光處理是指：將不銹鋼基片拋光至光潔度小于0.05μm；

所述的洗凈烘干是指：用無水酒精或丙酮在超聲波清洗器中將不銹鋼基片清洗10～20min后置于25℃環境下烘干不銹鋼基片表面的無水酒精或丙酮；

第二步、將濺射室內抽真空至10^-4Pa的大氣壓后，向濺射室內通入氬氣直至濺射室內氣壓為0.3Pa，開啟濺射電源，進行中間層濺射處理。

所述的中間層濺射處理是指：以功率為80W的射頻濺射中間層靶，濺射處理的工作氣壓為0.3Pa，濺射時間35～45min；

所述的中間層靶是指厚度90～110nm的鎳靶、鈦靶或鉻靶。

第三步、保持室內氣壓0.3Pa，開啟濺射電源，進行石墨層濺射處理。

所述的石墨層濺射處理是指：以功率為100～300W的射頻濺射石墨層靶，濺射處理的工作氣壓為0.3Pa，濺射時間2～1.5min；

所述的石墨層靶是指厚度為3mm的石墨靶

第四步、保持室內氣壓0.3Pa，再次開啟濺射電源，進行復合層濺射處理。

所述的復合層濺射處理是指：以功率為100～300W的射頻濺射復合靶，濺射處理的工作氣壓為0.3Pa，濺射時間2～5min；

所述的復合靶的厚度為3mm，該復合靶的組分及質量比為：40％的WS₂和60％的MoS₂。