【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间润滑，尤其涉及一种空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、随着我国探月工程以及深空探测项目的实施，对润滑薄膜的摩擦系数和润滑寿命提出了更高的要求。相比于液体润滑剂，固体润滑薄膜材料可适应深空的极端低温以及高低温交变的环境，是航天运动机构长服役寿命和高可靠运行的重要需求。
2、过渡族金属二硫属化合物(mos2、ws2等)具有良好的真空防冷焊和润滑性能，作为一种良好的固体润滑材料，已广泛应用于航天结构中各类运动部件中，作为基体表面的润滑膜。过渡族金属二硫属化物的薄膜通常采用磁控溅射技术制备，纯金属二硫属化物的薄膜一般呈现出疏松多孔的柱状晶结构，具有较低的硬度，在摩擦过程中薄膜承载能力较低，磨损率较高，润滑寿命有限，且在潮湿空气环境条件下易于氧化，形成的氧化物摩尔系数较高，大大降低薄膜的润滑性能和运动部件的寿命。通过有效的技术提升二硫属化合物薄膜的致密性、硬度，提高其承载能力，同时通过薄膜结构的调控，使薄膜在摩擦过程中摩擦表面形成利于实现低摩擦磨损性能的摩擦表界面，实现其良好的真空摩擦学性能，可对实现未来高可靠、长寿命的深空探测提供润滑技术方面的重要保障。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供了一种空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜及其制备方法和应用。本专利技术提供的空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜具有非晶致密结构，在摩擦过程中易于形成良好结晶性的ws2转移膜，具有良好的真空摩擦学性能，硬度和承载能力高，不易被氧化腐蚀。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、一种空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜的制备方法，包括以下步骤：
4、对基体进行离子轰击，得到预处理后的基体；
5、采用ws2靶材和wc靶材，以ar和n2的混合气体为工作气体，通过磁控溅射法对所述预处理后的基体进行沉积镀膜，得到所述空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜；所述空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜为n、c元素掺杂的ws2基润滑薄膜。
6、优选的，所述基体的材质为不锈钢或钛合金。
7、优选的，所述离子轰击采用的工作气为氩气，所述离子轰击时工作气的气压为1.0～3.0pa，电压为-500～-800v，时间为15～30min。
8、优选的，所述沉积镀膜过程中，对ws2靶材和wc靶材同时进行溅射，所述ws2靶材的数量为2件，所述wc靶材的数量为1件；采用射频电源溅射ws2靶材，采用直流脉冲电源溅射wc靶材。
9、优选的，所述磁控溅射法的条件包括：ws2靶材和wc靶材与基体表面之间的垂直距离为100～180mm，工作气的气压为1.0～2.0pa，n2与ar的流量比为(0.025～0.1):1，ws2靶材溅射的功率密度为2～4w/cm2，wc靶材溅射的功率密度为0.5～1.2w/cm2，偏压为-10～-60v，沉积时间为60～120min。
10、本专利技术还提供了上述方案所述制备方法制备得到的空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜。
11、优选的，所述空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜中n元素的含量为10at.％～20at.％，c元素的含量为3at.％～10at.％。
12、优选的，所述空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜的纳米硬度为4～8gpa。
13、优选的，所述空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜的厚度为1～3μm。
14、本专利技术还提供了上述方案所述空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜在机械构件的表面润滑领域中的应用。
15、本专利技术提供了一种空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜的制备方法，包括以下步骤：对基体进行离子轰击，得到预处理后的基体；采用ws2靶材和wc靶材，以ar和n2的混合气体为工作气体，通过磁控溅射法对所述预处理后的基体进行沉积镀膜，得到所述空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜；所述空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜为n、c元素掺杂的ws2基润滑薄膜。本专利技术采用ws2靶材和wc靶材，以ar和n2的混合气体为工作气体，通过磁控溅射法将n、c元素引入ws2基薄膜中，形成具有非晶致密结构的w-s-c-n润滑薄膜；所得w-s-c-n润滑薄膜具有良好的真空摩擦学性能，且硬度和承载能力高，不易被氧化腐蚀。实施例结果表明，本专利技术制备的w-s-c-n润滑薄膜在摩擦过程中会在摩擦对偶表面诱导形成具有良好结晶性、且(002)基面平行于对偶基体的有序ws2基转移膜，且ws2基转移膜厚度在20～60nm，使其具有良好的摩擦学性能，经测试，所述w-s-c-n润滑薄膜的真空摩擦系数约为0.01，润滑寿命高于5.0×105r。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种空间超低摩擦W-S-C-N润滑薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基体的材质为不锈钢或钛合金。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子轰击采用的工作气为氩气，所述离子轰击时工作气的气压为1.0～3.0Pa，电压为-500～-800V，时间为15～30min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉积镀膜过程中，对WS2靶材和WC靶材同时进行溅射，所述WS2靶材的数量为2件，所述WC靶材的数量为1件；采用射频电源溅射WS2靶材，采用直流脉冲电源溅射WC靶材。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射法的条件包括：WS2靶材和WC靶材与基体表面之间的垂直距离为100～180mm，工作气的气压为1.0～2.0Pa，N2与Ar的流量比为(0.025～0.1):1，WS2靶材溅射的功率密度为2～4W/cm2，WC靶材溅射的功率密度为0.5～1.2W/cm2，偏压为-10～-60V，沉积时间为60～120min。
6
7.根据权利要求6所述的空间超低摩擦W-S-C-N润滑薄膜，其特征在于，所述W-S-C-N润滑薄膜中N元素的含量为10at.％～20at.％，C元素的含量为3at.％～10at.％。
8.根据权利要求6所述的空间超低摩擦W-S-C-N润滑薄膜，其特征在于，所述空间超低摩擦W-S-C-N润滑薄膜的纳米硬度为4～8GPa。
9.根据权利要求6所述的空间超低摩擦W-S-C-N润滑薄膜，其特征在于，所述空间超低摩擦W-S-C-N润滑薄膜的厚度为1～3μm。
10.权利要求6～9任意一项所述空间超低摩擦W-S-C-N润滑薄膜在机械构件的表面润滑领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种空间超低摩擦w-s-c-n润滑薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基体的材质为不锈钢或钛合金。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述离子轰击采用的工作气为氩气，所述离子轰击时工作气的气压为1.0～3.0pa，电压为-500～-800v，时间为15～30min。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述沉积镀膜过程中，对ws2靶材和wc靶材同时进行溅射，所述ws2靶材的数量为2件，所述wc靶材的数量为1件；采用射频电源溅射ws2靶材，采用直流脉冲电源溅射wc靶材。
5.根据权利要求1或4所述的制备方法，其特征在于，所述磁控溅射法的条件包括：ws2靶材和wc靶材与基体表面之间的垂直距离为100～180mm，工作气的气压为1.0～2.0pa，n2与ar的流量比为(0.025～0.1):1，ws2靶材...
【专利技术属性】
技术研发人员：王德生，郭龙帮，胡明，高晓明，孙嘉奕，王琴琴，伏彦龙，刘志鲁，姜栋，杨军，何军，赵旭，翁立军，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。