用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜，包括阻擋層和耐腐蝕潤滑層，空間活動部件的金屬潤滑面上依次采用離子注入與沉積工藝制備氮化鈦膜作為阻擋層，采用離子注入與磁控濺射復合工藝制備二硫化鉬/鎳鉻合金復合膜作為耐腐蝕潤滑層。還提供相應的制備方法。本發明耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜的質量損失小于60g/m2，適用于空間活動部件潤滑膜的耐海洋環境腐蝕。
【專利說明】用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及空間活動部件，具體地，涉及一種用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜、以及耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜的制備方法。
【背景技術】
[0002]二硫化鑰作為固體潤滑劑，由于具有低摩擦、高耐磨和承載力大等優異的真空摩擦學性能，被歐美、俄羅斯等航天強國廣泛地應用于解決空間環境下機械的潤滑問題。二硫化鑰本身的化學性質相當穩定，可耐大多數酸并且耐輻射，但是，在海洋環境下，二硫化鑰膜層與金屬基體界面容易發生絲狀腐蝕，生成酸性產物，導致膜層從基體表面剝落。隨著海南發射基地的建成，如何提高二硫化鑰潤滑膜的耐鹽霧腐蝕性能以滿足空間飛行器固體潤滑鍍膜件在海洋鹽霧環境下裝調和試驗的要求，成為了固體潤滑領域的研究熱點。
[0003]國內外的研究主要集中于二硫化鑰潤滑性能研究，而對于海洋環境下二硫化鑰固體潤滑膜的耐鹽霧腐蝕性能研究較少。目前，通常采用添加無機或有機抗腐蝕添加劑和復合膜技術來改善二硫化鑰固體潤滑膜的耐腐蝕性，如采用熱噴涂法或者電沉積法等制備二硫化鑰/金屬或二硫化鑰/金屬氧化物等復合涂層。上述這些方法制備的復合涂層組織疏松，孔隙率高，這些孔隙在水或腐蝕介質中提供優先浸蝕位置，氯離子更容易滲入涂層下對金屬基體造成微電池腐蝕，而酸性腐蝕頭部不斷在膜下延伸產生的，導致二硫化鑰膜層從金屬基體表面剝落。

【發明內容】

[0004]本發明所要解決的問題在于克服現有技術的不足而提供一種耐鹽霧腐蝕性能好的自潤滑薄膜，并提出該耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜的制備方法。
[0005]為解決上述問題，本發明所采取的技術方案是:
[0006]根據本發明的一個方面，提供一種用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜，包括阻擋層和耐腐蝕潤滑層，空間活動部件的金屬潤滑面上依次采用離子注入與沉積工藝制備氮化鈦膜作為阻擋層，采用離子注入與磁控濺射復合工藝制備二硫化鑰/鎳鉻合金復合膜作為耐腐蝕潤滑層。
[0007]優選地，阻擋層的膜厚為0.5unTl0um。
[0008]優選地，耐腐蝕潤滑層的膜厚為0.5unTl0um。
[0009]優選地，空間活動部件的材質為如下任一種金屬或任多種金屬組成的合金:
[0010]-鋁；
[0011]-鈦；
[0012]-鎂；
[0013]-不銹鋼。
[0014]根據本發明的另一個方面，還提供根據本發明提供的所述用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟:[0015]步驟(I):制備阻擋層，具體地，將空間活動部件固定在多功能離子注入與磁控濺射設備真空室中的轉臺上，開啟真空獲得設備，當真空室內本底真空達到I X KT3Pa~5 X KT3Pa時，充入氮氣至工作氣壓為3 X KT1PaI X KT1Pa ;待氣壓穩定后依次開啟高壓電源和鈦陰極的金屬源電源，在金屬潤滑面上制備得到膜厚為0.5unTl0um的阻擋層；
[0016]步驟(2):制備耐腐蝕潤滑層，具體地，重新開啟真空獲得設備，當本底真空達到I X IO-3Pa~5 X IO-3Pa時，向真空室內充入氬氣至工作氣壓為SXK^PalPa ;待氣壓穩定后依次開啟高壓電源、鎳鉻合金陰極的金屬源電源和二硫化鑰靶的射頻電源，在阻擋層上制備得到膜厚為0.5um^l0um的耐腐蝕潤滑層。
[0017]優選地，高壓電源的電壓為100疒20KV。
[0018]優選地，在金屬潤滑面上制備膜厚為0.5unTl0um的阻擋層。
[0019]優選地，在阻擋層上制備膜厚為0.5unTl0um的耐腐蝕潤滑層。
[0020]優選地，空間活動部件的材質為如下任一種金屬或任多種金屬組成的合金:
[0021]-鋁；
[0022]-鈦；
[0023]-鎂；
[0024]-不銹鋼。
[0025]相對于現有技術，本發明的有益效果:(I)本發明耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜在ZY6050型鹽霧試驗箱內進行中性鹽霧試驗。實驗結果顯示，當鹽溶液濃度為1%，鹽液PH值為6.5^7.2，溫度為35±3°C時,試驗96小時后,耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜的質量損失小于60g/m2。(2)采用氮化鈦膜作為阻擋層，既可以避免水或其他腐蝕介質通過耐腐蝕潤滑層中的孔隙深入膜層下腐蝕金屬基體，又可以與金屬界面在彈性模量、熱膨脹系數、化學和結構上匹配，降低了耐腐蝕潤滑層和金屬基體界面區的應力，提高了膜基結合力，延長了膜層壽命。(3)金屬鎳本身較韌而抗磨，且耐高溫抗氧化，添加至二硫化鑰膜層中，可以提高膜層的致密性和硬度。(4)金屬鉻是硬度高，耐磨性好，添加至二硫化鑰/鎳復合鍍層中，既可以提高膜層的耐磨性，又可以使鎳的組織結構從軟質的晶向變成硬質的晶向，從而提高復合膜層的耐腐蝕性能、耐磨性和抗氧化性能。(5)采用離子注入與磁控濺射復合工藝制備耐腐蝕潤滑層，膜層均勻致密、缺陷少、工藝簡單、避免了電沉積鉻時電解液有毒的問題，綠色環保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是根據本發明提供的制備耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜的方法中多功能離子注入與磁控濺射設備的結構示意圖。
[0027]其中:I為二硫化鑰靶的射頻電源， 2為真空室，3為鎳鉻合金陰極，4為第一金屬源電源，5為真空獲得系統，6為高壓電源，7為氬氣氣瓶，8為氬氣充氣閥，9為氮氣氣瓶，10為氮氣充氣閥，11為第二金屬源電源，12為鈦陰極，13為磁控濺射靶基座，14為二硫化鑰靶，15為耐腐蝕潤滑層，16為阻擋層，17為空間活動部件，18為轉臺。
【具體實施方式】[0028]下面結合附圖和具體實施例，進一步闡述本發明。這些實施例應理解為僅用于說明本發明而不用于限制本發明的保護范圍。在閱讀了本發明記載的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等效變化和修飾同樣落入本發明權利要求所限定的范圍。
[0029]如圖1所示，根據本發明的優選實施例提供的用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜，包括阻擋層16和耐腐蝕潤滑層15，空間活動部件17的金屬潤滑面上依次采用離子注入與沉積工藝制備膜厚為0.5unTl0um的氮化鈦膜作為阻擋層16，采用離子注入與磁控濺射復合工藝制備膜厚為0.5unTl0um的二硫化鑰/鎳鉻合金復合膜作為耐腐蝕潤滑層15。在一個優選例中，所述阻擋層的膜厚為0.5um、0.7um、或者10um，所述耐腐蝕潤滑層的膜厚為 0.5um、0.8um、或者 10um。
[0030]本實施例中，空間活動部件17的材質為鋁、鈦、鎂、不銹鋼，或前述任何二種或二種以上金屬組成的合金。
[0031]本實施例提供的用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜的制備方法的具體步驟如下:
[0032](I)阻擋層16的制備
[0033]將空間活動部件17固定在多功能離子注入與磁控濺射設備真空室2中的轉臺18上，開啟真空獲得設備5，當真空室2內本底真空達到1父10_午&飛父10_^^時，充入氮氣至工作氣壓為3 X KT1PalX KT1Pa ;待氣壓穩定后依次開啟高壓電源6和鈦陰極12的第二金屬源電源11，在金屬潤滑面上制備膜厚為0.5unTl0um的阻擋層16。
[0034](2)耐腐蝕潤滑層15的制備
[0035]重新開啟真空獲得設備5，當本底真空達到lX10_3Pa~5X10_3Pa時，向真空室2內充入氬氣至工作氣壓為5X IO-1PalPa ;待氣壓穩定后依次開啟高壓電源6、鎳鉻合金陰極3的第一金屬源電源4和二硫化鑰靶14的射頻電源1，在阻擋層16表面制備膜厚為
0.5unTl0um的耐腐蝕潤滑層15。
[0036]在一個優選例中，所述阻擋層的膜厚為0.5um、0.7um、或者10um，所述耐腐蝕潤滑層的膜厚為0.5um、0.8um、或者10um，高壓電源6的電壓為100V、1KV、或者20KV。
[0037]試驗例
[0038]空間活動部件17的材料采用TC4，表面粗糙度Ra小于0.5um,具體制備方法如下:
[0039](I)阻擋層16的制備
[0040]將空間活動部件17固定在多功能離子注入與磁控濺射設備真空室2中的轉臺18上，開啟真空獲得設備5，當真空室2內本底真空達到1父10_午&飛父10_^^時，充入氮氣至工作氣壓為3 X KT1PalX KT1Pa ;待氣壓穩定后依次開啟高壓電源6和鈦陰極12的第二金屬源電源11，在金屬潤滑面上制備膜厚為0.5unTl0um的阻擋層16 ；
[0041](2)耐腐蝕潤滑層15的制備
[0042]重新開啟真空獲得設備5，當本底真空達到IX 10-3Pa~5X KT3Pa時，向真空室2內充入氬氣至工作氣壓為SXlO-1PalPa;待氣壓穩定后依次開啟高壓電源6、鎳鉻合金陰極3的第一金屬源電源4和二硫化鑰靶14的射頻電源I， 在阻擋層16表面制備膜厚為0.5um~IOum的耐腐蝕潤滑層15。
[0043]將本試驗例制得的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜在ZY6050型鹽霧試驗箱內進行中性鹽霧試驗。實驗結果顯示，當鹽溶液濃度為1%，鹽液PH值為6.5-7.2，溫度為35 ±3°C時，試驗96小時后，耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜的質量損失小于60g/m2。
【權利要求】
1.一種用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜，其特征在于，包括阻擋層和耐腐蝕潤滑層，空間活動部件的金屬潤滑面上依次采用離子注入與沉積工藝制備氮化鈦膜作為阻擋層，采用離子注入與磁控濺射復合工藝制備二硫化鑰/鎳鉻合金復合膜作為耐腐蝕潤滑層。
2.根據權利要求1所述的用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜，其特征在于，阻擋層的膜厚為0.5unTl0um。
3.根據權利要求1所述的用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜，其特征在于，耐腐蝕潤滑層的膜厚為0.5unTl0um。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜，其特征在于，空間活動部件的材質為如下任一種金屬或任多種金屬組成的合金: -鋁； -鈦； -鎂； -不銹鋼。
5.權利要求1所述的用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟(I):制備阻擋層，具體地，將空間活動部件固定在多功能離子注入與磁控濺射設備真空室中的轉臺上，開啟真空獲得設備，當真空室內本底真空達到I X IO-3PaXlO-3Pa時，充入氮氣至工作氣壓為3 X KT1PaI X KT1Pa ;待氣壓穩定后依次開啟高壓電源和鈦陰極的金屬源電源，在 金屬潤滑面上制備得到膜厚為0.5unTl0um的阻擋層； 步驟(2):制備耐腐蝕潤滑層，具體地，重新開啟真空獲得設備，當本底真空達到I X KT3Pa-5 X KT3Pa時，向真空室內充入氬氣至工作氣壓為SXKT1Pa-OPa ;待氣壓穩定后依次開啟高壓電源、鎳鉻合金陰極的金屬源電源和二硫化鑰靶的射頻電源，在阻擋層上制備得到膜厚為0.5unTl0um的耐腐蝕潤滑層。
6.權利要求5所述的用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜，其特征在于，高壓電源的電壓為100疒20KV。
7.權利要求5所述的用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜，其特征在于，在金屬潤滑面上制備膜厚為0.5unTl0um的阻擋層。
8.權利要求5所述的用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜，其特征在于，在阻擋層上制備膜厚為0.5unTl0um的耐腐蝕潤滑層。
9.權利要求5所述的用于空間活動部件的耐鹽霧腐蝕自潤滑薄膜，其特征在于，空間活動部件的材質為如下任一種金屬或任多種金屬組成的合金: -鋁； -鈦； -鎂； -不銹鋼。
【文檔編號】C23C14/35GK103448341SQ201210180230
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2012年6月1日 優先權日:2012年6月1日
【發明者】何文松, 蘇達, 郭立杰, 宿國友, 劉明芳, 顧華洋, 石磊 申請人:上海航天設備制造總廠