设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，包括工件本体以及设置在工件本体表面的金刚石/石墨烯复合润滑膜，金刚石/石墨烯复合润滑膜包括设置在工件本体表面的超纳米金刚石薄膜以及设置在超纳米金刚石薄膜上的石墨烯层。金刚石/石墨烯复合润滑膜可以明显提高工件的耐摩擦性能。本发明专利技术还提供了一种设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件的制备方法，包括：在工件本体上沉积超纳米金刚石薄膜，然后在超纳米金刚石薄膜表面沉积过渡金属层；将沉积有过渡金属层和超纳米金刚石薄膜的工件本体置于热丝气相沉积室腔体中进行退火处理，在工件本体表面制得金刚石/石墨烯复合润滑膜，退火温度为1000‑1300℃，退火时间为1‑3min。

Workpiece with diamond/graphene composite lubrication film and its preparation method

The invention provides a workpiece with a diamond/graphene composite lubrication film, which comprises a workpiece body and a diamond/graphene composite lubrication film arranged on the surface of the workpiece body. The diamond/graphene composite lubrication film comprises an ultra-nano diamond film arranged on the surface of the workpiece body and a graphene layer arranged on the ultra-nano diamond film. Diamond/graphene composite lubrication film can obviously improve the friction resistance of workpiece. The invention also provides a method for preparing workpiece with diamond/graphene composite lubrication film, which includes: depositing ultra-nano diamond film on the workpiece body, then depositing transition metal layer on the surface of ultra-nano diamond film; placing the workpiece body deposited with transition metal layer and ultra-nano diamond film in the hot filament vapor deposition chamber for annealing treatment, and working. The diamond/graphene composite lubrication film was prepared on the surface of the body. The annealing temperature was 1000 1300 C and the annealing time was 1 3 min.

【技术实现步骤摘要】
设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件及其制备方法
本专利技术涉及材料领域，具体涉及一种设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件及其制备方法。
技术介绍
金刚石因具有低摩擦系数、较高的导热特性而引起广泛的关注，尤其近十几年，随着气相化学沉积技术的发展，在各种衬底表面生长金刚石薄膜的技术已经实现，金刚石往往被沉积在密封金属工件表面来减少能量损失，延长工件的使用寿命。覆盖金刚石薄膜的工件虽然大大降低了摩擦系数，但是并不能满足人们的要求，尤其在提倡节约能源的当代，寻找具有更优异润滑剂的薄膜材料一直是人们研究的热点。石墨烯为近几年发展起来的新型透明材料，表现出良好的导电导热性能、大的比表面积和优异的机械性能。将金刚石与石墨烯结合，必将进一步提高组件的耐摩擦磨损性能。因此，有必要提供一种金刚石与石墨烯的复合材料润滑剂。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术针对以上缺点，采用热丝气相沉积设备(HFCVD)在超纳米金刚石薄膜表面采用快速退火的方法直接生长一层石墨烯，在保证大规模合成金刚石/石墨烯复合膜的同时，也提高了其耐磨性能。本专利技术第一方面提供了一种设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，包括工件本体以及设置在所述工件本体表面的金刚石/石墨烯复合润滑膜，所述金刚石/石墨烯复合润滑膜包括设置在所述工件本体表面的超纳米金刚石薄膜以及设置在所述超纳米金刚石薄膜上的石墨烯层。其中，所述超纳米金刚石薄膜的厚度为1-3μm。其中，所述超纳米金刚石薄膜中的金刚石晶粒尺寸小于或等于10nm。其中，所述石墨烯层包括单层或多层石墨烯。其中，所述石墨烯层包括二维石墨烯或者三维立体石墨烯。其中，所述超纳米金刚石薄膜与所述石墨烯层之间还设有过渡金属层。其中，所述超纳米金刚石薄膜的靠近所述石墨烯层一侧的表层中分布有过渡金属。本专利技术第一方面提供的设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，所述金刚石/石墨烯复合润滑膜可以适用于多种工件衬底材料，石墨烯与金刚石之间具有较强的附着力，所述金刚石/石墨烯复合润滑膜可以明显的提高工件的耐摩擦性能。本专利技术第二方面提供了一种设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件的制备方法，包括：提供工件本体，在所述工件本体上沉积超纳米金刚石薄膜，然后在所述超纳米金刚石薄膜表面沉积过渡金属层；将沉积有过渡金属层和所述超纳米金刚石薄膜的工件本体置于热丝气相沉积室腔体中进行退火处理，所述过渡金属层中的过渡金属催化所述超纳米金刚石薄膜中的部分碳元素形成石墨烯层，在所述工件本体表面制得金刚石/石墨烯复合润滑膜，所述退火温度为1000-1300℃，所述退火时间为1-3min。其中，所述退火处理的具体参数为：在所述热丝气相沉积室腔体中通入保护气体和氢气，使所述腔体中的气压为2800-3200Pa，所述热丝气相沉积室腔体中的热丝与所述工件本体表面的间距为4-8mm，热丝功率为5000-7000W。其中，所述退火结束后，以速率为30-50℃/min降温至200℃-300℃，然后打开所述热丝气相沉积室腔体，将所述工件冷却到室温。本专利技术采用热丝气相沉积设备(HFCVD)在超纳米金刚石薄膜表面采用快速退火的方法直接生长一层石墨烯，所述制备方法可以适用于多种衬底材料，超纳米金刚石薄膜与石墨烯之间的结合力较强，石墨烯不容易脱落，在保证大规模合成金刚石/石墨烯复合膜的同时，也提高了其耐磨性能。附图说明图1为本专利技术实施例1制得的金刚石/石墨烯复合润滑膜扫描电子显微镜(SEM)形貌图；图2为本专利技术实施例1制得的金刚石/石墨烯复合润滑膜拉曼光谱(Raman)光谱图；图3为本专利技术实施例1制得的金刚石/石墨烯复合润滑膜摩擦磨损测试图。具体实施方式以下所述是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术的保护范围。本专利技术第一方面提供了一种设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，包括工件本体以及设置在所述工件本体表面的金刚石/石墨烯复合润滑膜，所述金刚石/石墨烯复合润滑膜包括设置在所述工件本体表面的超纳米金刚石薄膜以及设置在所述超纳米金刚石薄膜上的石墨烯层。本专利技术实施方式中，对所述工件本体的材质不作特殊限定，可选地，包括金属、硅、硬质合金、氮化硅或陶瓷。所述工件本体可以为多种类型的工件如密封件、连接件等。本专利技术实施方式中，所述超纳米金刚石薄膜通过沉积的方式设置在所述工件本体表面，使得超纳米金刚石薄膜与所述工件本体结合能力强，不容易脱落，有助于后续金刚石/石墨烯复合润滑膜发挥润滑作用。本专利技术实施方式中，所述超纳米金刚石薄膜的厚度为1-3μm。可选地，所述超纳米金刚石薄膜中的金刚石晶粒尺寸小于或等于10nm。可选地，所述超纳米金刚石薄膜为直径大于200微米的圆片。本专利技术所述的超纳米金刚石薄膜可以做到很大面积。本专利技术实施方式中，所述石墨烯层包括单层或多层石墨烯。可选地，所述石墨烯层的厚度为1-60个原子厚度。进一步可选地，所述石墨烯层包括平铺在所述超纳米金刚石薄膜表面的二维石墨烯或者设置在所述超纳米金刚石薄膜表面的三维立体石墨烯。进一步可选地，所述二维石墨烯为单层石墨烯。所述三维立体石墨烯可以为三维多孔石墨烯或垂直生长于所述超纳米金刚石薄膜表面的三维立体石墨烯。可选地，所述石墨烯层覆盖所述超纳米金刚石薄膜。可选地，所述石墨烯层是以所述超纳米金刚石薄膜为基底经形核和生长得到。因此，所述石墨烯层与所述超纳米金刚石薄膜之间的结合力较强，石墨烯不容易脱落。本专利技术实施方式中，所述超纳米金刚石薄膜与所述石墨烯层之间还设有过渡金属层。本专利技术实施方式中，所述超纳米金刚石薄膜的靠近所述石墨烯层一侧的表层中分布有过渡金属。本专利技术实施方式中，所述超纳米金刚石薄膜与所述石墨烯层之间设有过渡金属层，同时所述超纳米金刚石薄膜的靠近所述石墨烯层一侧的表层中分布有过渡金属。可选地，部分过渡金属颗粒分散在所述超纳米金刚石薄膜的表面同时还有部分过渡金属颗粒深入所述超纳米金刚石薄膜内部，所述石墨烯层覆盖所述过渡金属层。可选地，所述石墨烯层中的石墨烯生长在所述过渡金属颗粒的表面以及生长在所述过渡金属颗粒之间形成的间隙中。所述过渡金属层的形成方式为：在所述超纳米金刚石薄膜的表面沉积一层厚度为5-10nm的过渡金属，经退火后，得到所述过渡金属层。可选地，所述过渡金属层的材质包括镍、铜、铁或钴。所述过渡金属与氧气的亲和作用要大于碳与氧的亲和作用，因此所述过渡金属的存在可以防止石墨烯氧化，提高了复合润滑膜的寿命。本专利技术第一方面提供的设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，所述金刚石/石墨烯复合润滑膜可以适用于多种工件衬底材料，石墨烯与金刚石之间具有较强的附着力，所述金刚石/石墨烯复合润滑膜可以明显的提高工件的耐摩擦性能。本专利技术第二方面提供了一种设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件的制备方法，包括：提供工件本体，在所述工件本体上沉积超纳米金刚石薄膜，在所述超纳米金刚石薄膜表面沉积过渡金属层；将沉积有过渡金属层和所述超纳米金刚石薄膜的工件本体置于热丝气相沉积室腔体中进行退火处理，所述过渡金属层中的过渡金属催化所述超纳米金刚石薄膜中的部分碳元素形成石墨烯层，在所述工件本体表面制得金刚石/石墨烯复合润滑膜，所述退火温度为1000-1300℃，所述退火时间为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，其特征在于，包括工件本体以及设置在所述工件本体表面的金刚石/石墨烯复合润滑膜，所述金刚石/石墨烯复合润滑膜包括设置在所述工件本体表面的超纳米金刚石薄膜以及设置在所述超纳米金刚石薄膜上的石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.一种设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，其特征在于，包括工件本体以及设置在所述工件本体表面的金刚石/石墨烯复合润滑膜，所述金刚石/石墨烯复合润滑膜包括设置在所述工件本体表面的超纳米金刚石薄膜以及设置在所述超纳米金刚石薄膜上的石墨烯层。2.如权利要求1所述的设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，其特征在于，所述超纳米金刚石薄膜的厚度为1-3μm。3.如权利要求1所述的设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，其特征在于，所述超纳米金刚石薄膜中的金刚石晶粒尺寸小于或等于10nm。4.如权利要求1所述的设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，其特征在于，所述石墨烯层包括单层或多层石墨烯。5.如权利要求4所述的设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，其特征在于，所述石墨烯层包括二维石墨烯或者三维立体石墨烯。6.如权利要求1所述的设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，其特征在于，所述超纳米金刚石薄膜和所述石墨烯层之间还设有过渡金属层。7.如权利要求1或6所述的设有金刚石/石墨烯复合润滑膜的工件，其特征在于，所述超纳米金刚石薄膜的靠近所述石墨烯层一侧的表层中分布有过渡...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，谷继腾，杨扬，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44