專利名稱：摻雜類金剛石與油脂復合潤滑薄膜的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種摻雜類金剛石與油脂復合潤滑膜的制備方法。
背景技術：
類金剛石薄膜具有高硬度、低摩擦系數、高耐磨、良好的抗腐性能性和化學穩(wěn)定性作為新型功能薄膜材料在機械耐磨涂層、微電子機械系統(tǒng)(MEMS)以及半導體材料等方面獲得成功應用。然而，研究發(fā)現，較大的內應力而導致的材料脆性是類金剛石薄膜的缺陷， 很大程度上制約了其發(fā)展。實驗證明，通過摻雜金屬元素(如鋁、鈦、銅等)和非金屬元素 (硅、硼、氮等)，可以有效的降低薄膜中的內應力，增強薄膜韌性和熱穩(wěn)定性，提高薄膜的使用壽命，使其具有更優(yōu)秀的綜合性能。固體-油脂復合潤滑與單獨的固體潤滑相比具有如下優(yōu)點耐地面實驗過程中耐腐蝕、抗氧化、延長抗磨損壽命；與單獨的油脂潤滑相比則具有高承載能力、揮發(fā)性小、易于流體管理等，研究和發(fā)展固體-油脂復合潤滑薄膜能大幅度提高潤滑的可靠性與運行壽命，為提高我國高技術領域的運動部件壽命提高技術保障。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種摻雜類金剛石與油脂復合潤滑膜的制備方法。本發(fā)明以油脂潤滑劑為原料，采用磁控濺射儀制備金屬和非金屬共摻雜的類金剛石薄膜并在其上吸附穩(wěn)定、均勻的油脂潤滑膜。一種摻雜類金剛石與油脂復合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于該方法的步驟為A以單晶硅片作基底，使用前進行清洗，置于磁控濺射儀的真空室中；B濺射前將真空室氣壓抽至IX 10-3 3X 10_3Pa，在沉積薄膜前用Ar等離子體轟擊硅片表面；采用TiAl靶和硅靶，Ar和CH4氣體作為濺射和反應氣體，通過控制進入真空室的氣體流量、沉積功率和沉積時間制備摻雜的類金剛石；進入真空室Ar氣流量為 IOOsccm 140sccm ；CH4氣流量為40sccm 60sccm ；反應總氣壓為0. 5Pa 0. 8Pa ；沉積電流為1. 5 2. 5A/cm2 ；基底負偏壓為100V 200V ；C選取油脂潤滑劑均勻旋涂于類金剛石薄膜表面，于室溫下放置后得到摻雜類金剛石與油脂復合潤滑薄膜。本發(fā)明所述的油脂潤滑劑為聚α烯烴(PAO)、環(huán)戊烷潤滑油或含PAO的潤滑脂，它們均具有良好的潤滑特性。本發(fā)明所涉及的金屬摻雜的類金剛石薄膜具有良好的機械性能和摩擦學性能，可以用作抗腐蝕和減摩抗磨保護性涂層。本發(fā)明的油脂薄膜具有良好的極壓性能和減摩抗磨性能。采用的試驗方法如下采用美國CETR公司制造的UMT-2MT型摩擦磨損試驗機評價金屬摻雜的類金剛石薄膜的摩擦學性能，采用往復滑動方式，頻率為3Hz，單次滑動行程為5mm，法向載荷為
30. 5N,環(huán)境溫度20°C，濕度25%，偶件為Φ 3mm的鋼球，在室溫及相對濕度RH = 36% 40% 條件下進行測定。摩擦磨損試驗結果表明，GCrl5鋼球與潔凈的單晶硅表面對摩時摩擦系數約為0. 70。0. 5N負荷，IOHz滑動頻率下TiAl和Si共摻雜DLC/GCrl5鋼摩擦磨損試驗結果表明單晶硅表面沉積TiAl和Si共摻雜DLC薄膜后摩擦系數降低為0. 10 0. 15，隨著滑動次數的增加，摩擦系數趨于穩(wěn)定。沉積TiAl和Si共摻雜DLC的單晶硅表面吸附油脂潤滑劑后，摩擦系數進一步降低至0. 04 0. 06 ；以上摩擦系數數據表明，本發(fā)明所涉及的金屬與非金屬共摻雜的類金剛石薄膜具有良好的摩擦學性能，可以用作減摩、抗磨保護性涂層；摻雜類金剛石薄膜表面吸附油脂潤滑劑具有減摩和抗粘著作用，可望用作空間機械和信息技術等領域的潤滑材料。本發(fā)明的優(yōu)點是制備過程常溫操作，對基底的材質和形狀要求較低。薄膜致密、 均勻，表面粗糙度低。薄膜減摩抗磨以及抗粘著性能好。
具體實施例方式實施例1:以單晶硅片作基底，使用前進行清洗，置于真空室中；濺射前將真空室氣壓抽至2. 5X 10_3!^。在沉積薄膜前用Ar等離子體轟擊10分鐘以進一步清洗硅片表面。采用TiAl靶和硅靶，Ar和CH4氣體作為濺射和反應氣體，控制進入真空室的Ar氣流量為120SCCm，CH4氣流量為40sCCm，反應電流為1. 5A/cm2，基底負偏壓為150V，制得摻雜類金剛石薄膜；選取聚α烯烴均勻旋涂于摻雜的類金剛石薄膜表面，于室溫下放置后得到金屬與非金屬共摻雜的類金剛石與油脂復合潤滑膜。實施例2:將使用的聚α烯烴改為環(huán)戊烷；其他步驟同實施例1。實施例3 將聚α烯烴改為含PAO的潤滑脂；其他步驟同實施例1。
權利要求
1.一種摻雜類金剛石與油脂復合潤滑薄膜的制備方法，其特征在于該方法的步驟為A以單晶硅片作基底，使用前進行清洗，置于磁控濺射儀的真空室中；B濺射前將真空室氣壓抽至1 X IO-3Pa 3 X 10 ,在沉積薄膜前用Ar等離子體轟擊硅片表面；采用TiAl靶和硅靶，Ar和CH4氣體作為濺射和反應氣體，通過控制進入真空室的氣體流量、沉積功率和沉積時間制備摻雜的類金剛石；進入真空室Ar氣流量為lOOsccm 140sccm ；014氣流量為40sccm 60sccm ；反應總氣壓為0. 5Pa 0. 8Pa ；沉積電流為1. 5 2. 5A/cm2 ；基底負偏壓為100V 200V ；C選取油脂潤滑劑均勻旋涂于類金剛石薄膜表面，于室溫下放置后得到摻雜類金剛石與油脂復合潤滑薄膜。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于油脂潤滑劑為聚α烯烴、環(huán)戊烷潤滑油或含聚α烯烴的潤滑脂。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種摻雜類金剛石與油脂復合潤滑膜的制備方法。本發(fā)明以油脂潤滑劑為原料，采用磁控濺射儀制備金屬和非金屬共摻雜的類金剛石薄膜并在其上吸附穩(wěn)定、均勻的油脂潤滑膜。薄膜具有良好的摩擦學性能，可以用作減摩、抗磨保護性涂層。
文檔編號C23C14/06GK102477540SQ20101056304
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月27日 優(yōu)先權日2010年11月27日
發(fā)明者劉維民, 石雷 申請人:中國科學院蘭州化學物理研究所