[發明專利]一種空間機構件固體抗菌硬質涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201811525069.0
• 申請日: 2018-12-13
• 公開（公告）號: CN109695023B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 鞠鵬飛;李忠建;李辰旸;劉明芳;曹曉;蘇培博;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: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/06
• 代理公司: 上海航天局專利中心 31107
• 代理人: 余岢

本發明涉及材料表面真空鍍膜技術領域，特別涉及一種空間機構件固體抗菌硬質膜層制品及其制備方法。本發明采用閉合場非平衡反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)和功能層(TiAlZrN?Ag)依次構成的納米晶復合涂層。本發明所制備納米晶復合膜層可在空間環境下可靠服役，附著力強、表面硬度大，可以有效地降低空間機構件的機械磨損，且具有良好的抗菌防霉性能，減少微生物的生長，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。

技術領域

本發明涉及材料表面真空鍍膜技術領域，特別涉及一種空間機構件固體抗菌硬質涂層制品及其制備方法。

背景技術

隨著我國航天事業的不斷發展，對空間機構件的要求早已超出了單一材料可以到達的性能范圍。例如，對于常見的齒輪和軸承，首先要求有一定的韌性，起到支撐和緩沖受力作用；其次部件的表面要有足夠的耐磨性和抗疲勞性，這就要求零件的心部是韌性的，而表面是硬度大、耐磨的材料。載人空間站為航天員長期駐留創造的良好環境，同樣也為微生物的滋生提供了有利條件。真菌和霉菌會腐蝕和降解空間站的各種材料，導致空間站設備故障，出現平臺失效和密封性下降等風險。空間站上的空間輻照是地而的100倍左右，空間站上微生物的進攻性會因受到長期的空間輻射而強化。

常用的硬質涂層可以有效地降低各類部件的機械磨損、化學腐蝕及高溫氧化傾向，從而延長其使用壽命。常用的硬質涂層主要包括一些金屬的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物等。Ti-N系涂層在一個相當寬的成分范圍內比較穩定，硬度較高，是最早研究和應用的硬質涂層之一，單一的Ti-N涂層結合強度低且脆性較大。因此，開展針對特殊空間環境下特種涂層設計與制備技術研究，突破空間機構件耐磨抗菌性能，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。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種空間機構件固體抗菌硬質涂層制品及其制備方法，所制備納米晶復合涂層可在空間環境下可靠服役，附著力強、表面硬度大，可以有效地降低空間機構件的機械磨損，且具有良好的抗菌防霉性能，減少微生物的生長，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。

為了實現上述目的，本發明提供的空間機構件固體抗菌硬質涂層制品包括基體和在基體表面沉積的涂層，具體包括基體、Ti結合層、TiN過渡層、TiAlZrN-Ag功能層，依次構成的納米晶復合涂層。

所述基體的材料為鈦合金、鋁合金、不銹鋼、軸承鋼等；所述納米晶復合涂層為典型的納米晶/非晶結構，納米晶復合涂層的滑動摩擦壽命t≥3.0×10⁵r，劃痕測試臨界荷:Lc≥20N，納米硬度不低于23GPa。根據GJB150.10A，膜層經過84d霉菌實驗后，評級不超過1級，再根據GJB2502.5-2006進行1000ESH紫外輻照處理，再對膜層進行84d紫外輻照霉菌實驗，評價等級不超過1級。。

所述結合層、過渡層、功能層的厚度可根據具體要求確定；優選的，所述Ti結合層的厚度為10nm-100nm，TiN過渡層的厚度為50nm-300nm，TiAlZrN-Ag功能層的厚度為0.6μm-3μm。

TiAlZrN-Ag功能層中Al或Zr元素占比可根據具體要求確定。

TiAlZrN-Ag功能層中Ag元素含量也可根據需要調整。其中Al含量15-25at.％，Ag含量20％-30at.％，Zr含量5％-10at.％

為了實現上述目的，本發明提供的空間機構件固體抗菌硬質涂層制品是利用閉合場非平衡反應磁控濺射技術進行鍍制的，制備方法如下步驟。