一种提高零部件表面减摩耐磨性能的薄膜制备方法技术

本发明专利技术公开了一种提高零部件表面减摩耐磨性能的薄膜制备方法，包括以下步骤：(1)加工与基体材料外表面相匹配的具有不连续镂空图形的薄不锈钢片；(2)将薄不锈钢片和基体材料依次在丙酮、无水乙醇中超声清洗20分钟，并在干燥箱中烘干；(3)将薄不锈钢片固定贴覆于基体材料外表面；(4)将薄不锈钢片和基材的组合件置于气相沉积系统中，沉积薄膜；(5)待步骤(4)沉积的薄膜冷却至室温，将其取出，移除薄不锈钢片，基材表面留有与薄不锈钢片镂空图形对应的不连续薄膜；(6)采用激光在步骤(5)的不连续薄膜表面再加工出二次图形，完成薄膜的制备。

【技术实现步骤摘要】
一种提高零部件表面减摩耐磨性能的薄膜制备方法
本专利技术属于薄膜制备
，尤其涉及一种提高材料表面减摩耐磨性能的薄膜制备方法。
技术介绍
工业零部件的接触表面经常出现摩擦磨损问题，例如轴承圈滚道表面与滚珠之间频繁接触，造成滚道表面材料的磨损剥落，甚至使轴承圈断裂，是导致轴承失效的重要原因。采用淬火、回火热处理和表面渗碳、渗氮、碳氮共渗化学热处理方法，可以一定程度上延长轴承圈使用寿命，但不能完全解决轴承圈磨损和断裂的问题。采用气相沉积方法在轴承圈表面制备完整薄膜，但由于薄膜存在内应力，在运行过程中易发生开裂和剥落，仍不能解决轴承圈磨损和断裂的问题。在材料表面制备图形可以提高材料的摩擦磨损性能，表面图形主要起到储存磨屑、储存润滑油、提高油膜承载能力等作用。但采用掩模方法将薄膜和表面图形结合在一起，并且采用激光在不连续薄膜表面再生二次图形，提高材料表面摩擦磨损性能的方法，尚未见相关报道。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种提高零部件表面减摩耐磨性能的薄膜制备方法，在基体材料表面制备两次图形化的不连续薄膜，降低薄膜应力，提高薄膜与基体材料之间的结合力，有效避免在后期运行过程中，薄膜因应力太高发生脆裂和因膜/基结合力不足导致的薄膜剥落，实现薄膜的减摩耐磨性能，以提高材料表面的摩擦磨损性能。为了实现上述目的，本专利技术提供的一种提高零部件表面减摩耐磨性能的薄膜制备方法，包括以下步骤：(1)加工与基体材料表面相匹配的具有不连续镂空图形的薄不锈钢片；(2)清洗薄不锈钢片和基体材料，并烘干；(3)将薄不锈钢片固定贴覆于基材外表面；(4)将薄不锈钢片和基材的组合件置于气相沉积系统中，沉积薄膜；(5)待步骤(4)沉积的薄膜冷却至室温，将其取出，移除薄不锈钢片，基材表面留有与薄不锈钢片镂空图形对应的不连续薄膜；(6)采用激光在步骤(5)的不连续薄膜表面再加工出二次图形，完成薄膜的制备。优选地，所述步骤(2)中将薄不锈钢片和基体材料依次在丙酮、无水乙醇中清洗20分钟，并在干燥箱中烘干；优选地，所述薄不锈钢片的镂空图形为几何图形和仿生图形的任意组合；优选地，所述薄膜表面的二次图形为几何图形和仿生图形任意组合；优选地，所述步骤(4)中气相沉积系统为物理气相沉积系统或化学气相沉积系统。本专利技术提供的薄膜制备方法，具有如下有益效果：薄膜的不连续性使薄膜内应力降低，薄膜表面的二次图形化使薄膜应力进一步降低，有利于提高薄膜与基体之间的结合力，避免在后期运行过程中，薄膜因应力太高发生脆裂和因膜/基结合力不足导致的薄膜剥落，薄膜自身性质、不连续性和二次图形的协同作用，实现薄膜的减摩耐磨性能，可广泛应用于存在相对运动的零部件接触表面。附图说明图1为本专利技术提供的一种提高零部件表面减摩耐磨性能的薄膜制备方法的工作流程图。图2一次图形薄膜在沉积系统中的制备过程的示意图。图3二次图形薄膜的激光制备过程图4二次图形薄膜的示意图。图5为实施例1提供的在干摩擦条件下的摩擦系数和磨损率图。图6为实施例2提供的在油润滑条件下的摩擦系数和磨损率的示意图。图中：1.基体2.镂空图形3.不锈钢片4.螺栓5.底板6.沉积系统。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本专利技术做进一步说明，以助于理解本专利技术的内容。如图1-4所示，为本专利技术提供的一种提高零部件表面减摩耐磨性能的薄膜制备方法，包括如下步骤：(1)准备基体材料1和具有镂空图形2的不连续薄不锈钢片3；(2)清洗薄不锈钢片3和基体材料1，去除灰尘、油污，并烘干；(3)将薄不锈钢片3贴覆在基体材料1的外表面，并用螺栓4和底板5锁紧，固定牢靠，保证镂空图形2和基材1表面紧密贴合；(4)将薄不锈钢片3和基体材料1组合件置于气相沉积系统6中，沉积薄膜；(5)沉积过程结束后，待样品冷却至室温，将其取出，移除薄不锈钢片3，基材1表面留有与薄不锈钢片镂空图形2对应的不连续薄膜；(6)采用激光在基材1上的不连续薄膜表面加工出二次图形，即完成基材表面薄膜的制备。其中，步骤(2)中将薄不锈钢片和基体材料依次在丙酮、无水乙醇中清洗20分钟，并在干燥箱中烘干；步骤(4)中气相沉积系统为物理气相沉积系统或化学气相沉积系统。薄不锈钢片的镂空图形为几何图形和仿生图形的任意组合，薄膜表面的二次图形为几何图形和仿生图形任意组合。实施例1：(1)薄不锈钢片3为方形薄平板，长度40mm，宽度40mm，厚度0.2mm，材料为1Cr18Ni9Ti。采用刻蚀方法在薄不锈钢片中间区域制备条纹图形，条纹宽度0.5mm，条纹间隔0.5mm；(2)将薄不锈钢片3和边长30mm的基体材料1依次在丙酮、无水乙醇中清洗20分钟，去除灰尘、油污，并在干燥箱中烘干，保证表面光洁无杂物；(3)将薄不锈钢片3贴覆在基体材料1的外表面，并用螺栓4和底板5锁紧，固定牢靠，保证镂空图形2和基体材料1表面滚道紧密贴合；(4)将薄不锈钢片3和基体材料1组合件置于多弧离子镀设备中，靶材为Ti0.5Al0.5，抽真空至4×10‐4Pa。通入Ar气，流量180sccm，在800V脉冲偏压条件下，溅射清洗样品表面20分钟。开始沉积薄膜，通入N2，流量180sccm，减小Ar气流量至5sccm，脉冲偏压调至100V，弧电流60A，沉积时间3小时；(5)沉积过程结束后，待样品冷却至室温，将其取出，移除薄不锈钢片3，基体材料1表面留有与薄不锈钢片镂空图形2对应的不连续TiAlN薄膜；(6)采用波长800nm，脉冲宽度150fs的激光，在基体材料1不连续TiAlN薄膜表面加工出二次圆形图形，圆形图形直径50μm，圆心间隔100μm。最终，完成基材表面薄膜的制备。为验证薄膜的减摩耐磨性能，在室温干摩擦条件下测试了薄膜的往复滑动摩擦磨损行为，其中试验参数分别为：载荷1N，往复频率3Hz，行程6mm，时间10min，对摩副GCr15平底钢销，端面直径3mm。摩擦磨损试验结果如下：如图5所示，在干摩擦条件下，有二次图形化薄膜的不锈钢基材的摩擦系数和磨损率均明显低于无薄膜的不锈钢基体材料和有完整薄膜的不锈钢基材，归因于表面图形提供了薄膜应力的释放空间，起到缓解薄膜在摩擦过程中承受的应力的作用，降低薄膜遭受破坏的程度；同时，表面图形能够储存磨屑，减轻磨屑对薄膜表面的犁削作用。本实施例在基体材料表面制备的薄膜在干摩擦条件下能起到减摩耐磨效果。实施例2：(1)薄不锈钢片3为方形薄平板，长度40mm，宽度40mm，厚度0.2mm，材料为1Cr18Ni9Ti。采用刻蚀方法在薄不锈钢片中间区域制备圆形图形，如图2所示。圆形直径0.5mm，圆心间隔1mm；(2)将薄不锈钢片3和边长30mm的基体材料1依次在丙酮、无水乙醇中清洗20分钟，去除灰尘、油污，并在干燥箱中烘干，保证表面光洁无杂物；(3)将薄不锈钢片3贴覆在基体材料1的外表面，并用螺栓4和底板5锁紧，固定牢靠，保证镂空图形2和基体材料1表面紧密贴合；(4)将薄不锈钢片3和基体材料1组合件置于离子束辅助沉积设备中，靶材为Ti0.5Al0.5，抽真空至2×10‐4Pa。通入Ar气形成Ar离子，能量800eV，电流密度0.2mA/cm2，轰击清洗样品表面15分钟。开始沉积薄膜，通入N2形成N离子轰击靶材，能量2.5keV，电流密本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高零部件表面减摩耐磨性能的薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)加工与基体材料表面相匹配的具有不连续镂空图形的薄不锈钢片；(2)清洗薄不锈钢片和基体材料，并烘干；(3)将薄不锈钢片固定贴覆于基材外表面；(4)将薄不锈钢片和基材的组合件置于气相沉积系统中，沉积薄膜；(5)待步骤(4)沉积的薄膜冷却至室温，将其取出，移除薄不锈钢片，基材表面留有与薄不锈钢片镂空图形对应的不连续薄膜；(6)采用激光在步骤(5)的不连续薄膜表面再加工出二次图形，完成薄膜的制备。

【技术特征摘要】
1.一种提高零部件表面减摩耐磨性能的薄膜制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)加工与基体材料表面相匹配的具有不连续镂空图形的薄不锈钢片；(2)清洗薄不锈钢片和基体材料，并烘干；(3)将薄不锈钢片固定贴覆于基材外表面；(4)将薄不锈钢片和基材的组合件置于气相沉积系统中，沉积薄膜；(5)待步骤(4)沉积的薄膜冷却至室温，将其取出，移除薄不锈钢片，基材表面留有与薄不锈钢片镂空图形对应的不连续薄膜；(6)采用激光在步骤(5)的不连续薄膜表面再加工出二次图形，完成薄膜的制备。2.根据权利要求1所述的一种提高零部件表面减摩耐磨性能的薄膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿哲，黄华栋，
申请(专利权)人：苏州工业职业技术学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32