一种Ｚｎ／ＺｎＳ复合固体润滑薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Ｚｎ／ＺｎＳ复合固体润滑薄膜及其制备方法，其是在基体上通过高温电弧喷涂Ｚｎ涂层制成Ｚｎ膜，然后通过低温离子渗硫处理该Ｚｎ膜制成的。本发明专利技术利用两步法复合处理，制备了新型Ｚｎ／ＺｎＳ复合固体润滑薄膜。该复合固体润滑薄膜结构新颖，硫元素在Ｚｎ膜内分布均匀，使本发明专利技术薄膜在减摩耐磨等方面与现有的固体润滑薄膜相比性能更优异，与基体结合能力更好，实用性更强。本发明专利技术制备的Ｚｎ／ＺｎＳ复合固体润滑薄膜具有极为优良的固体润滑性能，即“超滑性”，尤其在干摩擦条件下，其自身的润滑性能及减摩抗磨性能均比现有的固体润滑薄膜优异，可用于机械装备各种摩擦表面，尤其更适合于精密仪器表面减轻摩擦，改善润滑条件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固体润滑薄膜，具体地说是一种Zn/ZnS复合固体润 滑薄膜及其制备方法。
技术介绍
常用固体润滑材料主要是指具有层状结构的材料，如石墨，二硫化钼 等无机物，以及用于25(TC以上的高温润滑材料，其中有单质硫化物、氧 化物、氟化物、硒化物等。具有层状结构的物质，剪切强度低，容易粘附 于基材表面。其他作为固体润滑的无机物具有低的摩擦系数和高的粘着强 度，容易在对偶材料表面形成转移膜，从而起到减摩耐磨作用这些材料， 除了以主要成分单独使用外，还可以与其他材料制成复合材料使用。各种固体润滑材料都有其最适合的工况条件，现有制备ZnS薄膜的技术主要包括化学浴沉积法和真空蒸发法等。而且已知技术制备的ZnS薄膜 主要用于太阳能电池等光电领域，而摩擦学领域鲜有涉及。化学浴沉积法制备ZnS薄膜的具体方法为首先将A烧杯放入水浴箱， 超声清洗好的玻璃衬底垂直放入A烧杯中。加热水浴箱到预定温度，先往A 烧杯中加入ZnS(^溶液，开动搅拌器，约lmin后加入水合肼,然后缓慢加入氨 水，直到溶液清亮。与此同时另取B烧杯放入水浴箱中，加入精确量的硫脲， 加入适量蒸馏水溶解，待B烧杯中的硫脲全都溶解后，将B烧杯中溶液加入 到A烧杯中，并用相同温度的蒸馏水，调节溶液体积为100mL。在反应过程中， 需加入少量的氨水，使溶液保持在pH二10左右；在反应过程中为防止大的团 簇颗粒的沉积，添加少量分散剂丙三醇，控制沉淀团簇的大小。到达沉积时间后，取出试样，清洗，晾干，25(TC退火4h。此方法操作步骤繁琐，对工艺水平要求高，不适合大规模生产，且操作过程易受污染，利用多种化学试 剂不环保，最终制成的产品的性能不佳。真空蒸发法制备ZnS薄膜的具体方法为将经清洗烘干的玻璃衬底放 入蒸发室内，将高纯ZnS粉末放入蒸发钼舟中，将蒸发室抽真空至10—'Pa以 上时进行蒸发，得到ZnS薄膜。此方法直接利用ZnS粉末制备ZnS薄膜，对于 温度控制的不精确也容易影响产品质量，制得的ZnS膜厚度较薄，且该方 法制备的ZnS薄膜与基体结合强度不高，从而影响其减摩耐磨性能。且目前发现ZnS用于摩擦学领域主要是以ZnS纳米微粒加入到润滑油 中的形式，而其他方法制备ZnS薄膜主要是用于太阳能电池等光电领域， 摩擦学领域没有相关研究。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有技术的缺陷，拓展固体润滑薄膜的种类提出 一种制膜工艺简单、结构新型、摩擦学性能优良、纳米力学性能好，与基 体结合强度高的Zn/ZnS复合固体润滑薄膜。本专利技术的另一目的在于提供一种上述Zn/ZnS复合固体润滑薄膜的制 备方法。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案一种Zn/ZnS复合固体润滑薄膜，其是在基体上通过高温电弧喷涂Zn 涂层制成Zn膜，然后通过低温离子渗硫处理该Zn膜制成的。上述的一种制备Zn/ZnS复合固体润滑薄膜的方法，其具体步骤如下(1) 将基体进行淬火处理，硬度为HRC55，表面粗糙度为0.8Mm;(2) 喷砂预处理基体表面，砂料为棕刚玉，粒度16目，约l. llmm，气压 0.7MPa，喷砂角度45。，喷砂距离200mm;(3) 用高速电弧喷涂设备在基体表面喷涂Zn层制成Zn膜；(4) 对涂覆有Zn膜的基体进行低温离子渗硫处理，最终制备成Zn/ZnS 复合固体润滑薄膜。上述的一种制备Zn/ZnS复合固体润滑薄膜的方法，其中，步骤(3) 中所述高速电弧喷涂的工艺参数为喷涂电压30 35V，喷涂电流120 160A，压縮空气调至0.7Mpa，喷涂距离为100 180mm。在实际生产中可 以根据需要调节喷涂时间来调节Zn膜厚，喷涂时间越长膜的厚度越厚。 本专利技术最佳喷涂时间是60S，最终制得Zn膜的厚度约为400u m。上述的一种制备Zn/ZnS复合固体润滑薄膜的方法，其中，步骤(3) 中所述的高速电弧喷枪在基体表面喷涂Zn层制成Zn膜，高速电弧喷涂技 术是以电弧为热源，以特殊的喷枪将熔化了的金属丝材用气流雾化，高速 喷射到工件表面形成涂层的一种新型热喷涂工艺。在进行高速电弧喷涂 时，两根丝材金属喷涂材料用送丝装置通过送丝轮均匀、连续地分别送进 电弧喷涂枪的导电嘴内，导电嘴分别接电源的正、负极，并保证两根丝材 之间在未接触之前的可靠绝缘。当两金属丝材端部由于送进而相互接触 时，在端部之间短路并产生电弧，使丝材端部瞬间熔化并用压縮空气把熔 化金属雾化成微熔滴，以很高的速度喷射到工件表面，形成电弧喷涂层。 最终膜的性能由喷涂电压、喷涂电流及喷涂距离决定。膜的厚度可以根据 实际需要适当延长喷涂时间，喷涂时间越长薄膜越厚。高速电弧喷涂设备 可采用现有市售的电弧喷涂设备和高速电弧喷枪，其电压、电流、压縮空 气及喷涂距离可调。上述的一种制备Zn/ZnS复合固体润滑薄膜的方法，其中，步骤(4) 中所述的离子渗硫处理，其是将涂覆有Zn膜的基体接阴极，炉壁接阳极， 当真空度达到10Pa时，给炉内通入氨气，充至600 Pa，然后再抽至40 Pa后，在阴阳极之间加高压直流电，电压为540 560V，在此电压作用下， 氨离子轰击阴极，当阴极温度升高至210 23(TC后停止轰击，在此温度下 用固体硫蒸气渗硫所述Zn膜，渗硫处理时间为2小时。由于渗硫时硫(S) 原子的扩散作用，硫原子将沿着Zn膜晶界和表面晶体缺陷向内扩散，并 发生反应生成ZnS，最终在Zn膜上部制备成Zn/ZnS复合固体润滑薄膜。 本专利技术所述的Zn/ZnS复合固体润滑薄膜多应用于机械性设备， 与基体结合强度强，基体可以选择金属，玻璃或陶瓷等，最佳覆 膜基体为金属。本专利技术所述的Zn/ZnS复合固体润滑薄膜可用于各类装备零部件摩擦 表面的减摩耐磨，特适用于精密仪器，效果更佳。 本专利技术的优点与效益1、 利用高速电弧喷涂技术和低温离子渗硫技术，通过两步法复合处理， 制备了新型固体润滑薄膜Zn/ZnS复合固体润滑薄膜。本专利技术所述的Zn/ZnS 复合固体润滑薄膜结构新颖，Zn膜上层部分生成ZnS层，且无明显界限， 硫元素在Zn膜内分布均匀，使本专利技术薄膜在减摩耐磨等方面与现有的固体 润滑薄膜相比性能更优异，与基体结合能力更好，实用性更强。2、 本专利技术制备的Zn/ZnS复合固体润滑薄膜具有极为优良的固体润滑 性能，即"超滑性"，尤其在干摩擦条件下，其自身的润滑性能及减摩抗磨 性能均比现有的固体润滑薄膜优异，可用于机械装备各种摩擦表面，尤其 更适合于精密仪器表面减轻摩擦，改善润滑条件。下面结合最佳实施方式对本专利技术做进一步说明，以使公众对
技术实现思路
有整体和充分的了解，而并非对本专利技术保护范围的限定。前述部分已经充 分公开了本专利技术可以实施的保护范围，因此凡依照本专利技术公开内容进行的 任何本领域公知的等同替换，均属于对本专利技术的侵犯。 附图说明图1为高速电弧喷涂原理示意图； 图2为低温离子渗硫设备示意图；图3为实施例1制备的Zn/ZnS复合固体润滑薄膜截面形貌及线扫描能谱；图4为45tt钢、FeS固体润滑层和实施例1制备的Zn/ZnS复合固体润 滑薄膜在干摩擦条件下摩擦系数随时间变化曲线；图5为45#钢、FeS固体润滑层和实施例1制备的Zn/ZnS复合固体润 滑薄膜在干摩擦条件下磨痕深度随时间变化曲线。图6实施例2制备的Zn/ZnS复合固体润滑薄膜的截面形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ｚｎ／ＺｎＳ复合固体润滑薄膜，其特征在于，其是在基体上通过高温电弧喷涂Ｚｎ涂层制成Ｚｎ膜，然后通过低温离子渗硫处理该Ｚｎ膜制成的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王海斗，徐滨士，康嘉杰，朱丽娜，李国禄，刘家浚，
申请(专利权)人：中国人民解放军装甲兵工程学院，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]