固體潤滑薄膜的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及固體潤滑薄膜的制造，特別是一種利用電弧離子鍍技術(shù)制備高耐磨二硫化鎢固體潤滑薄膜的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前二硫化鎢(WS2)是國內(nèi)外新型固體潤滑領(lǐng)域的主要研宄方向。它具有較低的摩擦系數(shù)、較高的抗極壓性能，抗氧化性優(yōu)于MoS2,適用于高溫、高真空、高負(fù)荷、高轉(zhuǎn)速、高輻射、強(qiáng)腐蝕、超低溫等苛刻條件。美國率先將其應(yīng)用到火星探測(cè)機(jī)器人、飛機(jī)、航天飛機(jī)等軍事領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有的二硫化鎢制備方法主要為磁控濺射法，其原理為通過離化氬氣產(chǎn)生氬離子轟擊二硫化鎢靶材，濺射出二硫化鎢粒子在基片上沉積，形成二硫化鎢薄膜。在現(xiàn)有技術(shù)中，二硫化鎢固體潤滑膜若要達(dá)到較低的摩擦系數(shù)其沉積時(shí)間至少為2h，膜層厚度僅為I μ m左右，因此利用磁控濺射法制備二硫化鎢固體潤滑膜存在生產(chǎn)效率低，成本高的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種利用離子鍍技術(shù)在金屬表面制備評(píng)^固體潤滑薄膜的方法，可顯著提高二硫化鎢固體潤滑薄膜的生產(chǎn)效率，提尚一硫化鶴1旲層的耐磨損性能。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種高耐磨WS2固體潤滑薄膜的制造方法，其中，采用電弧離子鍍?cè)诮饘俨牧匣w的表面形成高耐磨WS2固體潤滑薄膜，包括如下步驟:
[0006]S100、金屬材料基體的預(yù)處理，對(duì)待加工的金屬材料基體進(jìn)行預(yù)處理，去除附著在所述金屬材料基體表面的油脂、銹點(diǎn)和雜質(zhì)；
[0007]S200、生成高耐磨WS2固體潤滑薄膜，進(jìn)一步包括:
[0008]S201、將所述金屬材料基體放入真空室內(nèi)，所述真空室與離子鍍裝置連接，將所述真空室抽真空；
[0009]S202、通入Ar使離子鍍裝置的工作氣壓為設(shè)定值5Pa_10Pa，開啟離子鍍裝置的負(fù)偏壓至-400V?-1000V，進(jìn)行輝光發(fā)電，對(duì)所述金屬材料基體表面進(jìn)行清洗；
[0010]S203、以WS2為靶材，使用所述離子鍍裝置對(duì)所述金屬材料基體進(jìn)行表面改性，其中，離子鍍裝置的弧壓為20V?36V，弧流為90A?100A，負(fù)壓為-100V?-300V，沉積時(shí)間為lh，占空比為50-90% ;以及
[0011]S300、金屬材料基體的封存，將表面生成高耐磨胃^固體潤滑薄膜后的所述金屬材料基體放入丙酮溶液中清洗后烘干，并將烘干后的所述金屬材料基體真空密封封存。
[0012]上述的高耐磨WS2固體潤滑薄膜的制造方法，其中，將所述真空室抽真空至
6.0Xl(T4Pa。
[0013]上述的高耐磨WS2固體潤滑薄膜的制造方法，其中，所述靶材WS 2的純度為95%?99%。
[0014]上述的高耐磨WS2固體潤滑薄膜的制造方法，其中，在所述WS 2膜層中，W:S為
1:0.8ο
[0015]上述的高耐磨WS2固體潤滑薄膜的制造方法，其中，所述步驟SlOO包括:
[0016]S101、去除所述金屬材料基體的表面油脂，用金屬除脂溶劑去除該金屬材料基體的表面油脂后，將該金屬材料基體放入無污染的四氯乙烯溶劑中浸泡20?30分鐘，取出后用宣紙吸凈殘留的四氯乙烯溶劑，再用脫脂棉擦拭該金屬材料基體的表面，最后用綢布擦拭干凈O
[0017]上述的高耐磨WS2固體潤滑薄膜的制造方法，其中，所述步驟SlOO還包括:
[0018]S102、去除銹點(diǎn)，用金屬除銹清洗劑浸泡清洗該金屬材料基體10?20分鐘，取出后擦拭干凈，以使其表面無微銹點(diǎn)。
[0019]上述的高耐磨WS2固體潤滑薄膜的制造方法，其中，所述步驟SlOO還包括:
[0020]S103、去除雜質(zhì)，將該金屬材料基體放入丙酮溶劑中，超聲清洗20?40分鐘后取出，使用干凈綢布擦干。
[0021]上述的高耐磨WS2固體潤滑薄膜的制造方法，其中，所述步驟SlOO還包括:
[0022]S104、超聲清洗，將該金屬材料基體放入去離子水中，超聲清洗5?10分鐘后取出，使用干凈綢布擦拭，并放置于真空烘箱中烘干2?4小時(shí)。
[0023]本發(fā)明的技術(shù)效果在于:
[0024]本發(fā)明采用電弧離子鍍技術(shù)制備二硫化鎢固體潤滑薄膜，通過弧壓占空比、弧流、負(fù)壓等參數(shù)控制薄膜的結(jié)構(gòu)和性能。其中，弧流大小影響弧源對(duì)靶材的燒蝕速率，影響弧源生成的離子數(shù)量和真空室內(nèi)沉積溫度；負(fù)壓影響離子沉積時(shí)的能量大小，負(fù)壓越大，離子向基材運(yùn)動(dòng)的速度越快、能量越大；占空比則是影響每個(gè)放電周期內(nèi)負(fù)壓施加在基材上的時(shí)間長短。本發(fā)明的二硫化鎢固體潤滑薄膜膜層致密，生長速度較磁控濺射制備二硫化鎢薄膜快、所需制備時(shí)間短，且耐磨性能也優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的二硫化鎢固體潤滑膜。
[0025]本發(fā)明的胃^固體潤滑薄膜膜厚可達(dá)5 μπι左右，大大減少了二硫化鎢固體潤滑膜的制備時(shí)間，樣品在常溫下以10g載荷、500rpm轉(zhuǎn)速實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)試，摩擦系數(shù)小于0.1，耐磨壽命達(dá)到了 19h，耐磨性能優(yōu)于采用磁控濺射法制備的二硫化鎢固體潤滑膜。
[0026]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。
【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的制造方法流程圖；
[0028]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的樣品截面圖；
[0029]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的WS2固體潤滑薄膜摩擦磨損曲線；
[0030]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)圖；
[0031]圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0032]其中，附圖標(biāo)記
[0033]I真空室2高閥分子泵
[0034]3直管弧源4彎管弧源
[0035]S100-300 步驟
【具體實(shí)施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作具體的描述:
[0037]電弧離子鍍是近年來受到廣泛關(guān)注的一種固體潤滑膜制備技術(shù)，其原理為利用引弧裝置引燃靶電弧，弧斑受磁場(chǎng)作用在陰極靶面快速游動(dòng)，放電過程產(chǎn)生高溫使靶材被蒸發(fā)，蒸發(fā)的粒子在通過靶前高勢(shì)皇區(qū)域時(shí)受場(chǎng)致效應(yīng)作用被離化形成高度激發(fā)態(tài)的等離子體，并在工件負(fù)偏壓的吸引下向工件加速運(yùn)動(dòng)，最終沉積在被鍍工件表面形成膜層。該方法離化率較高，沉積速率較快，膜基結(jié)合強(qiáng)度高，容易形成化合物摻雜轉(zhuǎn)移膜等。
[0038]參見圖1，圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的制造方法流程圖。本發(fā)明采用電弧離子鍍?cè)诮饘俨牧匣w的表面形成高耐磨WS2固體潤滑薄膜，包括以下步驟:
[0039]步驟S100、金屬材料基體的預(yù)處理，對(duì)待加工的金屬材料基體進(jìn)行預(yù)處理，去除附著在所述金屬材料基體表面的油脂、銹點(diǎn)和雜質(zhì)；可具體包括:
[0040]步驟S101、去除所述金屬材料基體的表面油脂，用金屬除脂溶劑(例如氫氧化鈉、碳酸鈉、十水磷酸鈉、硅酸鈉、洗滌劑、緩蝕劑、溶劑水等)去除該金屬材料基體的表面油脂后，將該金屬材料基體放入無污染的四氯乙烯溶劑中浸泡20?30分鐘，取出后用宣紙吸凈殘留的四氯乙烯溶劑，再用脫脂棉擦拭該金屬材料基體的表面，最后用綢布擦拭干凈。
[0041]步驟S102、去除銹點(diǎn)，用具有除銹功能的金屬除銹清洗劑浸泡清洗該金屬材料基體10?20分鐘，取出后擦拭干凈，以使其表面無微銹點(diǎn)。