[发明专利]一种空间用齿轮沉积钨掺杂含氢类金刚石薄膜的中间过渡层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空间用齿轮沉积钨掺杂含氢类金刚石薄膜的中间过渡层制备方法，具体为采用非平衡磁控溅射技术沉积Cr+Cr/WC中间过渡层的方法，属于表面改性领域。 

背景技术

齿轮传动副是空间飞行器上常用的活动部件之一，随着空间飞行器对长寿命、高可靠齿轮传动副应用需求的增加，急需提高齿轮传动副的耐磨损性能以满足其长寿命、高可靠应用需求。钨掺杂含氢类金刚石薄膜(W-C:H)由于其具有高硬度、低摩擦系数以及低的磨损率等特点可大幅提高齿轮传动副的耐磨损能力。但W-C:H薄膜与齿轮材料间的匹配性差，直接在齿轮上沉积W-C:H薄膜，会造成薄膜与齿轮基底结合强度差甚至薄膜直接脱落。因此必须引入中间过渡层，通过在齿轮表面镀W-C:H薄膜前沉积中间过渡层，提高薄膜与齿轮间的结合强度，进而满足其耐磨损要求。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种空间用齿轮沉积W-C:H膜的中间过渡层制备方法，具体为采用非平衡磁控溅射技术沉积Cr+Cr/WC中间过渡层的方法，该方法能够有效地解决W-C:H薄膜与空间齿轮结合状况差的技术难题。 

本发明的目的由以下技术方案实现： 

一种空间用齿轮沉积W-C:H膜的中间过渡层制备方法，所述方法步骤如下： 

(1)化学清洗，分别使用石油醚、丙酮、酒精对齿轮进行超声波清洗； 

(2)加热及抽真空，保证中间层沉积时处于设定的温度和真空范围内； 

(3)等离子体源轰击清洗，向真空室通入氩气，开启等离子体源对齿轮表面进行轰击清洗，去除齿轮表面的附着物； 

(4)沉积Cr毗邻层，开启Cr靶在齿轮表面沉积Cr层，使得Cr层与齿轮表 面形成强的界面； 

(5)沉积Cr/WC成分梯度过渡层，同时开启Cr靶及WC靶，通过控制Cr靶功率的衰减速率及WC靶功率的增加速率形成Cr/WC成分梯度过渡层，使其与Cr层及W-C:H薄膜间均形成强的界面； 

(6)沉积W-C:H薄膜。 

经检测，W-C:H薄膜与空间齿轮间的结合强度大于250mN。 

有益效果 

本发明的空间用齿轮沉积W-C:H膜的中间过渡层制备方法显著提高了W-C:H薄膜与空间齿轮间的结合强度，使其结合强度大于250mN，有效地解决了W-C:H薄膜与空间齿轮结合状况差的技术难题，同时也可用于提高W-C:H薄膜与空间精密齿轮、谐波减速器间的结合强度。 

附图说明

图1为本发明的空间用齿轮沉积W-C:H膜的中间过渡层示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来详述本发明，但不限于此。 

实施例1 

一种空间用齿轮沉积W-C:H膜的中间过渡层制备方法，所述方法步骤如下： 

(1)化学清洗。分别使用石油醚、丙酮、酒精对齿轮进行超声波清洗，清洗时间为5min。 

(2)加热及抽真空。真空室温度加热至120℃，并使得真空度优于2×10^-3Pa。 

(3)等离子体源轰击清洗。向真空室通入氩气，开启等离子体源对齿轮表面进行轰击清洗，去除齿轮表面的附着物。 

(4)沉积Cr毗邻层。向真空室通入氩气使得真空室压力在2-4Pa，开启Cr靶在齿轮表面沉积Cr层，溅射靶功率为5kW，非平衡线圈电流为3A，工件台偏压为-30V，沉积时间为5min。 

(5)沉积Cr/WC成分梯度过渡层。向真空室通入氩气使得真空室压力在2-4Pa，同时开启Cr靶及WC靶在Cr层上沉积Cr/WC，非平衡线圈电流为3A，工件台偏压为-30V，沉积时间为10min，Cr靶溅射功率由5kW衰减至0.5kW， WC靶溅射功率由0.5kW增加至3kW。 

(6)沉积W-C:H薄膜。 

得到空间用齿轮沉积W-C:H膜的中间过渡层示意图如图1所示 

经检测，W-C:H薄膜与空间齿轮间的结合强度大于250mN。 

本发明包括但不限于以上实施例，凡是在本发明精神的原则之下进行的任何等同替换或局部改进，都将视为在本发明的保护范围之内。