一种空间用耐磨润滑复合结构薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种空间用耐磨润滑复合结构薄膜及其制备方法，涉及真空固体润滑领域。本发明专利技术提供的空间用耐磨润滑复合结构薄膜，包括在金属基体上依次层叠设置的金属过渡层、梯度过渡层、a

【技术实现步骤摘要】
一种空间用耐磨润滑复合结构薄膜及其制备方法


[0001]本专利技术涉及真空固体润滑领域，具体涉及一种空间用耐磨润滑复合结构薄膜及其制备方法。

技术介绍

[0002]航天器运行于真空环境，其空间活动机构的润滑通常采用油脂润滑或固体润滑。油脂润滑在空间中易挥发，且工作温度范围窄。相比于润滑油或润滑脂润滑，固体润滑薄膜更适用于低速、高精度、结构复杂零部件中。传统MoS2薄膜已被广泛应用于空间润滑，但其硬度低，在服役过程中易磨损而使其摩擦寿命较短。然而，从材料的摩擦学行为角度而言，设计和制备一种兼具优异耐磨损性能和固体润滑性能的薄膜极具挑战性。
[0003]因此，如何设计一种空间用耐磨润滑复合结构薄膜，使其兼具润滑和耐磨特性，以满足空间长寿命活动零部件的润滑需求，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中空间活动机构的固体润滑薄膜的硬度低，在服役过程中易磨损而使其摩擦寿命较短的缺陷，从而提供一种兼具润滑和耐磨特性，满足空间长寿命活动零部件润滑需求的空间用耐磨润滑复合结构薄膜及其制备方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种空间用耐磨润滑复合结构薄膜，包括在金属基体上依次层叠设置的金属过渡层、梯度过渡层、a
‑
C层、ta
‑
C层和a
‑
C：H层。
[0007]进一步地，所述金属过渡层包括Ti过渡层。
[0008]进一步地，所述梯度过渡层包括Ti/C过渡层。
[0009]进一步地，所述金属过渡层的厚度为50～70nm。
[0010]进一步地，所述梯度过渡层的厚度为50～70nm。
[0011]进一步地，所述a
‑
C层的厚度为100～150nm。
[0012]进一步地，所述ta
‑
C层的厚度为200～300nm。
[0013]进一步地，所述a
‑
C：H层的厚度为500～600nm。
[0014]进一步地，所述金属基体材料包括不锈钢、高速钢、轴承钢中的至少一种。
[0015]第二方面，本专利技术提供所述的空间用耐磨润滑复合结构薄膜的制备方法，包括：在金属基体上依次制备金属过渡层、梯度过渡层、a
‑
C层、ta
‑
C层和a
‑
C：H层，其中，金属过渡层、梯度过渡层、a
‑
C层和a
‑
C：H层利用高功率磁控溅射技术制备，ta
‑
C层利用电磁可控阴极弧技术制备。
[0016]高功率磁控溅射技术和电磁可控阴极弧技术均属于现有技术，可根据需求调整工艺参数制备相应的膜层。
[0017]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0018]本专利技术提供了一种空间用耐磨润滑复合结构薄膜，包括在金属基体上依次层叠设置的金属过渡层、梯度过渡层、a
‑
C层、ta
‑
C层和a
‑
C：H层。将低应力a
‑
C层、高硬度ta
‑
C层和高润滑a
‑
C：H层有机组合，并通过Ti过渡层和Ti/C梯度过渡层实现与金属基底之间的连接过渡，既基于a
‑
C层降低了薄膜内应力，提升了膜基结合力，又发挥了ta
‑
C薄膜的高硬度，使薄膜耐磨性增强，还具备a
‑
C：H层优异的真空润滑性能。也即，该复合结构薄膜同时具有高硬度、高结合力以及优异的真空摩擦学性能，使其能够满足空间活动零部件长寿命运行的需求。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术实施例提供的空间用耐磨润滑复合结构薄膜的结构示意图；
[0021]图2是本专利技术实施例中制备空间用耐磨润滑复合结构薄膜所采用设备的结构示意图。
[0022]附图标记：
[0023]1‑
金属基体；2
‑
金属过渡层；3
‑
梯度过渡层；4
‑
a
‑
C层；5
‑
ta
‑
C层；6
‑
a
‑
C：H层；7
‑
工件台；8
‑
高功率磁控溅射Ti靶；9
‑
高功率磁控溅射石墨靶；10
‑
电磁可控阴极弧石墨靶；11
‑
阳极层离子源。
具体实施方式
[0024]提供下述实施例是为了更好地进一步理解本专利技术，并不局限于所述最佳实施方式，不对本专利技术的内容和保护范围构成限制，任何人在本专利技术的启示下或是将本专利技术与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本专利技术相同或相近似的产品，均落在本专利技术的保护范围之内。
[0025]本专利技术提供的制备方法得到的空间用耐磨润滑复合结构薄膜的结构如图1所示，在金属基底1的表面依次层叠沉积金属过渡层2、梯度过渡层3、a
‑
C层4、ta
‑
C层5、a
‑
C：H层6。在以下实施例中，金属过渡层2具体为Ti过渡层，梯度过渡层3具体为Ti/C梯度过渡层。
[0026]本专利技术采用特定的设备制备空间用耐磨润滑复合结构薄膜，如图2所示，制备过程在真空炉腔中进行，真空炉腔中心设置有工件台7，用于固定待加工的材料，真空炉腔具有8个侧面，侧面上间隔设置有高功率磁控溅射Ti靶8(用于沉积Ti过渡层和Ti/C梯度过渡层)、高功率磁控溅射石墨靶9(用于沉积a
‑
C层和a
‑
C：H层)、电磁可控阴极弧石墨靶10(用于沉积ta
‑
C层)和阳极层离子源11(用于清洗金属基底)。
[0027]实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用原料或仪器，均为可以通过市购获得的常规产品，包括但不限于本申请实施例中采用的原料或仪器。
[0028]实施例1
[0029]本实施例为在9Cr18不锈钢基体表面制备空间用耐磨润滑复合结构薄膜，具体步
骤如下：
[0030](1)金属基体预处理：
[0031]选取9Cr18不锈钢基片，先对不锈钢基片进行研磨和抛光，使其表面粗糙度小于Ra0.8，然后放置在丙酮溶液中超声波清洗10min，然后在酒精溶液中清洗10min，随后在干燥箱内烘干，干燥箱温度为70℃，时间为20min；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种空间用耐磨润滑复合结构薄膜，其特征在于，包括在金属基体上依次层叠设置的金属过渡层、梯度过渡层、a
‑
C层、ta
‑
C层和a
‑
C：H层。2.根据权利要求1所述的空间用耐磨润滑复合结构薄膜，其特征在于，所述金属过渡层包括Ti过渡层。3.根据权利要求1所述的空间用耐磨润滑复合结构薄膜，其特征在于，所述梯度过渡层包括Ti/C过渡层。4.根据权利要求1所述的空间用耐磨润滑复合结构薄膜，其特征在于，所述金属过渡层的厚度为50～70nm。5.根据权利要求1所述的空间用耐磨润滑复合结构薄膜，其特征在于，所述梯度过渡层的厚度为50～70nm。6.根据权利要求1所述的空间用耐磨润滑复合结构薄膜，其特征在于，所述a
‑
C层的厚度为100～150nm。7.根据权利要求1所述的空间用耐磨润滑复合结构薄膜，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯锋，冯兴国，汪科良，周晖，贵宾华，杨拉毛草，郝宏，
申请(专利权)人：兰州空间技术物理研究所，
类型：发明
国别省市：