[發明專利]空間寬溫域環境下高結合力固體潤滑膜層及其制備方法

有效

• 申請號: 201810900908.6
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN108977776B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 鞠鵬飛;吳超;宋曉航;沙春生;曹曉;李忠建;周宏
• 申請（專利權）人: 上海航天設備制造總廠有限公司
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/16;C23C14/02;C23C14/06;C23C14/35;C23C14/48;C23C28/00
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

本發明公開了一種空間寬溫域環境下高結合力固體潤滑膜及其制備方法，采用離子注入與沉積結合磁控濺射技術在鈦合金、鋁合金、不銹鋼、軸承鋼基底上沉積由結合層(Ti)、過渡層(TiN/TiCN)和功能層(TiN/MoS₂?Ag)依次構成的納米晶復合涂層。所制備納米晶復合涂層可在?150℃～300℃空間寬溫域環境下可靠服役，且附著力強、摩擦系數低，可以大幅度提高空間飛行器運動部件的壽命，并提高其可靠性。此外本發明的制備方法具有離化率高、膜層設備結構簡單、可批量化處理等特點，易于實現工業生產，具有良好的應用前景。

鞠鵬飛、吳超、宋曉航、沙春生、李忠建、周宏

技術領域：

本發明涉及材料表面真空鍍膜技術領域，特別涉及一種空間寬溫域環境下高結合力固體潤滑膜層及其制備方法。

背景技術：

隨著我國航天事業的不斷發展，對深空領域的探測需求也越來越迫切。空間探測器在深空環境中將會同時處于幾種環境的作用下，其性能將會比發生比單因素環境更加嚴重的退化。因此，開展針對特殊空間環境下特種膜層設計與制備技術研究，突破深空探測器運動機構耐磨性能，解決空間運動機構長壽命可靠性問題，已經成為型號研制的當務之急。

常用的MoS₂基空間固體潤滑膜層主要是針對減摩，防冷焊等潤滑要求，由于MoS₂濺射膜層自身硬度較低，耐磨損性能不高，不太適用于高承載傳動類活動部件的表面改性；且在寬溫域的環境中，在高溫條件下MoS₂很容易失去潤滑性能。溫度自適應膜層能夠隨著外界溫度的變化而自動調節表面組成和結構以降低摩擦的復合材料。自適應原理是：當薄膜暴露在交變的溫度和磨損中，基體內的非晶和納米晶填充物在摩擦接觸區域就會轉變成光滑的潤滑相態，使得固體潤滑膜層在極端高低溫環境下具有良好的摩擦學性能。

發明內容：

本發明的目的是提供一種空間寬溫域環境下高結合力固體潤滑膜層及其制備方法，所制備納米晶復合膜層可在-150℃～300℃空間寬溫域環境下可靠服役，且附著力強、摩擦系數低，可以大幅度提高空間飛行器運動部件的壽命，并提高其可靠性。

本發明的空間寬溫域環境下高結合力固體潤滑膜層,包括基體和在基體表面沉積的涂層,所述在基體表面沉積的膜層包括Ti結合層、TiN/TiCN過渡層，TiN、MoS₂-Ag交替排列的功能層；最外層為MoS₂-Ag層。

所述基體材料為鈦合金、鋁合金、不銹鋼、軸承鋼等。

所述在基體表面沉積的涂層為典型的納米晶/非晶結構，鍍層的硬度為15～22GPa，其溫度適應性范圍在-150℃至300℃。

所述結合層、過渡層、功能層的厚度可根據具體要求確定。

TiN/MoS₂-Ag交替沉積的次數可根據具體要求確定。

MoS₂-Ag中Ag元素百分含量也可根據需要調整。

本發明的另一技術方案在于，提供了上述空間寬溫域環境下高結合力固體潤滑膜層的制備方法，是利用離子注入與沉積技術結合磁控濺射技術進行鍍制的，制備方法如下步驟：

1)濺射清洗：被鍍制樣件經表面拋光、丙酮超聲清洗、乙醇超聲清洗并烘干后放入鍍膜設備內可旋轉的靶臺上，利用抽真系統抽真空至5.0×10^-3Pa，通入Ar，啟動射頻對樣件進行Ar等離子體濺射清洗；

2)鍍結合層：通入Ar，利用靶臺兩邊對稱分布兩個磁過濾陰極弧蒸發裝置，將Ti陰極靶材蒸發、離化體并引入真空室形成金屬等離子，經靶臺下方脈沖高壓電源為樣件提供負脈沖高壓的作用，金屬等離子體被加速沉積在樣件上，形成Ti結合層；