[發(fā)明專利]一種CrN/MoS2固體自潤滑復(fù)合膜

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811148943.3
• 申請日: 2018-09-29
• 公開（公告）號: CN110965015A
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張亮東
• 申請（專利權(quán)）人: 張亮東
• 主分類號: C23C8/36
• 分類號: C23C8/36;C23C14/06;C23C14/35;C23C28/04;C23C8/08
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一種CrN/MoS2固體自潤滑復(fù)合膜，基于MoS2的超潤滑性能，為進(jìn)一步降低CrN基復(fù)合膜的抗干摩擦性能采用復(fù)合鍍滲的方法，即采用低溫離子滲硫處理CrMoN復(fù)合膜的新方法，原位合成摩擦學(xué)性能優(yōu)異的CrN/MoS2固體自潤滑復(fù)合膜。CrMoN復(fù)合膜經(jīng)滲硫處理后，主要合成了MoS2潤滑相，滲硫?qū)雍穸燃s為500nm，主要相結(jié)構(gòu)為CrN與MoS2及少量MoN。與CrMoN復(fù)合膜相比，CrN/MoS2固體自潤滑復(fù)合膜摩擦系數(shù)較低、磨損體積較小，具有較好的耐磨性和減摩性。

所屬技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種固體薄膜材料，尤其涉及一種CrN/MoS2固體自潤滑復(fù)合膜。

背景技術(shù)

固體潤滑能夠滿足流體潤滑無法滿足的某些特殊工況，如高溫、高負(fù)荷、超低溫、超高真空、強(qiáng)氧化、強(qiáng)輻射等。固體潤滑薄膜在摩擦?xí)r能在對偶材料表面形成轉(zhuǎn)移膜，使摩擦發(fā)生在薄膜內(nèi)部，從而減少摩擦，降低磨損。潤滑膜一方面可防止對偶材料表面直接接觸，另一方面可減小接觸薄層的剪切強(qiáng)度，從而減小摩擦系數(shù)。

CrN基復(fù)合膜的研究發(fā)展，為進(jìn)一步提高CrN薄膜的性能開辟了廣闊的空間。在降低CrN薄膜的摩擦系數(shù)方面，主要集中在CrMoN復(fù)合膜的研究。研究發(fā)現(xiàn)，CrN薄膜中添加Mo元素，能夠在摩擦表面形成MoO₃自潤滑相，有利于薄膜摩擦系數(shù)的降低；但由于MoO₃相的潤滑效果有限，致使CrMoN復(fù)合膜的摩擦系數(shù)降低有限。MoS2晶體是六方層狀結(jié)構(gòu)，各晶面間存在較弱的范氏力，易發(fā)生位移。此外，MoS2膜疏松多孔，儲(chǔ)油能力強(qiáng)，可在摩擦表面形成連續(xù)且不易破壞的潤滑油膜，有效阻礙金屬間的直接接觸。常見的MoS2薄膜的制備方法有等離子鍍法、有機(jī)粘結(jié)法、濺射沉積法等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了改善不銹鋼復(fù)合材料的耐磨性，設(shè)計(jì)了一種CrN/MoS2固體自潤滑復(fù)合膜。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

CrN/MoS2固體自潤滑復(fù)合膜的制備原料包括：合成納米MoS2使用的試劑：鉬酸鈉(A.R)（上海膠體化工廠）。鹽酸羥胺(A.R)、硫脲(A.R)（天津市標(biāo)準(zhǔn)科技有限公司）。無水乙醇(A.R)（國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）。

CrN/MoS2固體自潤滑復(fù)合膜的制備步驟為：使用磁控濺射設(shè)備在N₂氣氛中進(jìn)行Cr靶和Mo靶共濺射，在不銹鋼表面沉積CrMoN復(fù)合膜，厚度為5-6μm。利用高頻脈沖等離子擴(kuò)滲設(shè)備，以硫蒸氣作為滲硫源，對薄膜表面進(jìn)行2h的低溫（230℃）離子滲硫處理，制備了CrN/MoS2固體自潤滑復(fù)合膜。

CrN/MoS2固體自潤滑復(fù)合膜的檢測步驟為：利用Philips Quant200型掃描電子顯微鏡（SEM）觀察薄膜表面形貌及磨痕形貌，分析復(fù)合膜顯微組織結(jié)構(gòu)和摩擦磨損機(jī)制。分辨率3.5nm，放大倍數(shù)200-120000倍，加速電壓30kV，最大束流2A,同時(shí)采用Genesis型能譜儀（EDS）對滲硫?qū)踊瘜W(xué)成分進(jìn)行分析。利用ESCALAB 250Xi型X射線光電子能譜儀（XPS）對CrN基固體自潤滑復(fù)合膜的化合物價(jià)態(tài)進(jìn)行研究。激發(fā)源：Al靶，細(xì)掃寬度：25eV。利用PHI700型俄歇電子能譜儀（AES）對CrN基固體自潤滑復(fù)合膜剖面成分分布進(jìn)行分析。采用CETR UTM-2型摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對薄膜的抗微動(dòng)磨損性能進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)條件為：運(yùn)動(dòng)方式為往復(fù)式，室溫空氣環(huán)境，對偶件為直徑4.0mm的GCr15鋼球。載荷范圍為20-80N；頻率范圍為2-8Hz；溫度23-26℃。摩擦環(huán)境：大氣下干摩擦或坦克機(jī)油潤滑。采用TR240表面粗糙度儀測試試樣表面的磨痕輪廓曲線，根據(jù)曲線上的波谷計(jì)算出薄膜的磨損體積。

本發(fā)明的有益效果是：