[发明专利]一种金属材料表面减摩抗磨纳米复合膜的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面改性技术领域，特别是指一种金属材料表面减摩抗磨纳米复合膜的制备方法。

背景技术

随着科学技术的不断进步，工业产品沿着机电一体化、超精密化、微型化和集成化的趋势发展，由此而产生了微/纳机电系统(MEMS/NEMS)这一新的技术领域，并且成为材料学科的研究热点。然而随着元件尺寸的显著减小，表面积和体积之比明显增大，表面效应大大增强，摩擦磨损、表面黏附等问题更加突出，严重影响了MEMS/NEMS的可靠性和稳定性，成为制约MEMS/NEMS进一步应用的瓶颈。因此，对材料表面进行功能化处理以解决其摩擦学方面的问题，显得尤为重要。

大量研究表明通过在材料表面制备疏水膜层可以改善其摩擦学性能，而通过在材料表面制备疏水复合膜的处理方法来提高摩擦学性能更是研究热点。中国发明专利申请号为03145520.4，公开了一种利用自组装技术制备二氧化钛-聚四苯乙烯磺酸钠-聚乙烯亚胺复合润滑膜的方法，它将载玻片或单晶硅底材依次浸入二氧化钛前驱体溶胶、聚四苯乙烯磺酸钠溶液和聚乙烯亚胺溶液中，取出干燥后即得到复合润滑膜，通过控制浸入溶胶或者溶液中自组装的次数得到不同层数和厚度的复合膜。所制备复合膜具有一定的减摩抗磨功能，但由于该方法只采用单一的自组装分子膜技术，该技术制备的薄膜层与层之间的结合是依靠膜层基团之间的静电反应，不能改善单层自组装分子膜所存在的致密度不高、稳定性差等缺点，因而实际应用价值不高。中国发明专利申请号为200510027735.4，公开了一种玻璃基片表面硅烷-稀土自润滑复合薄膜的制备方法，它首先采用自组装方法在羟基化处理的基片表面制备硅烷薄膜，然后将表面组装有硅烷薄膜的玻璃基片浸入配置好的溶胶溶液中，静置后采用提拉法制备含有稀土元素的复合薄膜。该技术制备的复合膜具有一定的减摩作用，但由于提拉法得到的复合膜是依靠物理吸附结合，薄膜层与层之间的结合强度低，且对先前自组装技术形成的硅烷薄膜存在的致密度不高、稳定性差等缺点改善不明显，导致薄膜的抗磨性能不理想，以至其使用寿命受到限制。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处，提供一种金属材料表面减摩抗磨纳米复合膜的制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种金属材料表面减摩抗磨纳米复合膜的制备方法，其特征在于：该方法依次采用自组装分子膜技术和有机镀膜技术的复合工艺，在金属材料表面制备具有减摩抗磨功能的纳米复合膜，其步骤及工艺条件如下：

步骤一：金属材料表面自组装分子膜的制备

(1)配制自组装溶液

自组装溶剂是按乙醇和蒸馏水体积比9～8∶1～2配制而成；

自组装溶质是同时含有-SH和-Si(OR)₃的硫醇硅烷有机化合物盐，其浓度为0.5～10mmol/L；

自组装溶液在常温下水解3～10天；

(2)自组装

①采用等离子体或碱溶液进行羟基化处理；

②将经羟基化处理后的材料放入自组装溶液体系，在常温下进行自组装，自组装时间为30min～24h；

③自组装完毕，经清洗后，放入干燥箱中，在80～150℃下干燥15min～5h，即在材料表面生成自组装分子膜；

步骤二：有机镀膜复合处理

(1)配制有机镀膜电解质溶液

有机镀膜电解质溶液是由蒸馏水配制而成，含有有机溶质0.1～10mmol/L、支持电解质0.1～6mol/L；

所述有机溶质为含有-SH的硫醇有机化合物盐，支持电解质是指NaOH或Na₂CO₃；

(2)有机镀膜

将表面具有疏水自组装分子膜的材料，直接以三电极方式放入上述电解质溶液中进行有机镀膜，即获得具有减摩抗磨功能的纳米复合膜；

所述有机镀膜采用恒电流法或采用循环伏安法；

所述恒电流法有机镀膜工艺条件：

电流密度为0.5～10mA/cm²，镀膜时间为5～90min，镀膜温度为常温；

所述循环伏安法有机镀膜工艺条件：

起始电位为开路电位，终止电位为1.0～8.0V，循环扫描速率为5～50mV/s，循环次数为1～10次，镀膜温度为常温。

所述自组装溶质与有机镀膜电解质具有匹配关系；所述自组装溶质硫醇硅烷有机化合物盐为含有三嗪硫醇硅烷有机化合物盐，所述有机镀膜电解质硫醇有机化合物盐为三嗪硫醇有机化合物盐。