專利名稱：一種空間用耐磨損材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空間用耐磨損材料，屬于表面改性領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
空間飛行器活動(dòng)部件采用二硫化鉬作為表面潤滑材料，主要針對減磨，硬度較低， 耐磨性較差，不太適用于高承載傳動(dòng)類活動(dòng)部件的表面改性。隨著空間飛行器對長壽命、高可靠活動(dòng)部件應(yīng)用需求的增加，急需提高活動(dòng)部件的耐磨損性能。因此必須開發(fā)一種在真空環(huán)境下具有耐磨減摩性能的硬質(zhì)材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種空間用耐磨損材料，所述材料耐磨性和減磨性能好， 能夠顯著地改善空間活動(dòng)零部件的表面性能，提高其使用壽命及可靠性。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種空間用耐磨損材料，所述材料由四層結(jié)構(gòu)組成，依次為金屬基體、Cr層、W_C:H 層和a-C:H層構(gòu)成；其中金屬基體為不銹鋼，W-C:H層為金屬鎢摻雜含氫類金剛石，a-C:H層為含氫類金剛石。所述材料的制備方法如下(1)化學(xué)清洗，分別使用石油醚、丙酮、酒精對金屬基體進(jìn)行超聲波清洗；(2)加熱及抽真空，保證薄膜沉積時(shí)處于設(shè)定的溫度和真空范圍內(nèi)；(3)等離子體源轟擊清洗，向真空室通入氬氣，開啟等離子體源對基體表面進(jìn)行轟擊清洗，去除基體表面的附著物；(4)沉積Cr層，開啟Cr靶在基體表面沉積Cr層，使得Cr層與基體表面形成強(qiáng)的界面，提高薄膜附著力；(5)沉積W-C:H層，開啟WC靶，通入Ar和C2H2，通過控制W含量及H含量，獲得具有預(yù)定硬度的W-C:H層，提高薄膜的承載能力及耐磨損能力；(6)沉積a_C:H薄膜，通入C^2氣體，通過控制表層膜中氫元素含量及梯度，釋放薄膜的內(nèi)應(yīng)力，減小薄膜的摩擦系數(shù)。經(jīng)測試，本發(fā)明所述材料硬度達(dá)到HV2000 3000，真空環(huán)境下摩擦系數(shù)低至 0. 02 0. 1，附著力 > 100mN。有益效果本發(fā)明所述材料硬度達(dá)到HV2000 3000，真空環(huán)境下摩擦系數(shù)低至0. 02 0. 1， 附著力> IOOmN,耐磨性和減磨性能好，能夠顯著地改善空間活動(dòng)零部件的表面性能，提高其使用壽命及可靠性。


圖1為本發(fā)明的空間用耐磨損材料的結(jié)構(gòu)示意圖
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。實(shí)施例1一種空間用耐磨損材料，如圖1所示，所述材料由四層結(jié)構(gòu)組成，依次為金屬基體、Cr層、W-C:H層和a_C:H層構(gòu)成；其中金屬基體為諧波減速器剛輪柔輪，W-C:H層金屬鎢摻雜含氫類金剛石，a-C:H層為含氫類金剛石。所述材料的制備方法如下(1)化學(xué)清洗。分別使用石油醚、丙酮、酒精對諧波減速器剛輪柔輪進(jìn)行超聲波清洗，清洗時(shí)間為5min。(2)加熱及抽真空。真空室加熱至約200°C，并使得真空度優(yōu)于2X10_3Pa。(3)等離子體源轟擊清洗。向真空室通入氬氣，開啟等離子體源對諧波減速器剛輪柔輪表面進(jìn)行轟擊清洗，去除諧波減速器剛輪柔輪表面的附著物，等離子體源電流20A，偏壓-100V，時(shí)間10分鐘。(4)沉積Cr層。向真空室通入氬氣使得真空室壓力在2_4Pa，開啟Cr靶在諧波減速器剛輪柔輪表面沉積Cr層，濺射靶功率6kW，非平衡線圈電流3A，工件臺(tái)偏壓-30V，沉積時(shí)間5min。(5)沉積W-C:H層。向真空室通入Ar和C2H2，同時(shí)開啟WC靶在Cr層上沉積W-C:H 層，Ar流量lOOsccm，C2H2流量lOsccm，非平衡線圈電流3A，工件臺(tái)偏壓-30V，靶濺射功率 4kW，沉積時(shí)間為90min。(6)沉積a_C:H層。真空室通入C2H2沉積a_C:H層。C2H2流量200sccm，非平衡線圈電流3A，工件臺(tái)偏壓-900V，沉積時(shí)間為60min。經(jīng)測試，本發(fā)明所述材料硬度達(dá)到HV2500，真空環(huán)境下摩擦系數(shù)低至0. 04，附著力> lOOmN。本發(fā)明包括但不限于以上實(shí)施例，凡是在本發(fā)明精神的原則之下進(jìn)行的任何等同替換或局部改進(jìn)，都將視為在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種空間用耐磨損材料，其特征在于所述材料由四層結(jié)構(gòu)組成，依次為金屬基體、 Cr層、W-C:H層和a-C:H層構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間用耐磨損材料，其特征在于所述金屬基體為不銹鋼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間用耐磨損材料，其特征在于所述W-C:H層為金屬鎢摻雜含氫類金剛石。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間用耐磨損材料，其特征在于所述a_C:H層為含氫類金剛石。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種空間用耐磨損材料，屬于表面改性領(lǐng)域。所述材料由四層結(jié)構(gòu)組成，依次為金屬基體、Cr層、W-C:H層和a-C:H層構(gòu)成；其中金屬基體為不銹鋼，W-C:H層為金屬鎢摻雜含氫類金剛石，a-C:H層為含氫類金剛石。該材料硬度2000～3000，真空環(huán)境下摩擦系數(shù)低至0.02～0.1，附著力＞100mN，耐磨性和減磨性能好，能夠顯著地改善空間活動(dòng)零部件的表面性能，提高其使用壽命及可靠性。
文檔編號C23C28/00GK102409340SQ20111039672
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月4日
發(fā)明者萬志華, 周暉, 桑瑞鵬, 鄭軍 申請人:中國航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一〇研究所