[发明专利]一种固体润滑多层复合膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种固体润滑多层复合膜及其制备方法。固体润滑多层复合膜依次由基体（1）、金属底层Me（2）、CuNiIn层（3）、金属过渡层Me（4）和MoS₂‑Me层（5）构成。其制备方法：采用磁控溅射方法，首先在基体（1）上沉积金属底层（2），然后依次沉积CuNiIn层（3）、金属过渡层Me（4）和MoS₂‑Me层（5），交替沉积形成多层结构，最外层为MoS₂‑Me层（5）。本发明的多层结构的固体润滑复合膜具有结合强度高、摩擦系数低的性能特点，摩擦系数低至0.06，具有优良的自润滑、抗咬合性能和耐磨寿命，可应用在轴承、齿轮、叶片、工模具等部件上。

技术领域

本发明属于表面工程技术领域，特别是采用磁控溅射技术沉积一种Me/CuNiIn/Me/MoS₂-Me多层复合膜的方法，本发明可应用于多种金属工件表面自润滑抗咬合耐磨损处理。

背景技术

MoS₂被誉为固体润滑之王，具有优良的自润滑特性，被大量应用在轴承、齿轮、刀具等运动部件以及加工工模具中。但是MoS₂在潮湿大气或氧化环境中易于发生氧化而使其润滑性能退化，耐磨寿命大大降低。现有文献表明：采用掺杂或者复合膜的方法是有效提高MoS₂润滑耐磨性能的方法。如掺杂Ti、Cr金属元素的MoS₂-Ti、MoS₂-Cr薄膜，薄膜结构更加致密，耐磨性能有了很大提高。然而单层的MoS₂-Ti、MoS₂-Cr薄膜与基体的结合力不足，耐磨寿命仍然有待于进一步提高。

CN201110081977.1公开了一种TiN+MoS₂/Zr组合涂层刀具及其制备工艺。该工艺在刀具表面先沉积TiN层，然后再沉积MoS₂-Zr层，双层涂层刀具表面具有较高的硬度，同时又具有较低的摩擦系数。

CN201310026859.5公开了一种基体表面高硬度低磨损的MoS₂复合薄膜的制备方法。该方法在基体表面依次沉积Ti打底层、TiN过渡层、最后沉积Ti-MoS₂复合薄膜，这种过渡多层结构复合膜具有较好的结合力以及耐磨性能。

虽然这些复合涂层对性能有很大改善，但薄膜中只存在一层MoS₂，薄膜的润滑性能仍然是单层的MoS₂薄膜在起作用，硬质层往往只是提高其机械性能，因此润滑性能仍然有待提高。同时MoS₂薄膜与其他材料的结合力不足，耐磨寿命比较差。

CuNiIn固体润滑涂层主要被应用于叶片榫头、齿轮等中，具有良好的抗微动磨损、抗黏着咬合性能，在高温500℃下仍具有较好的润滑性能。

CN201420268461.2公开了一种在钛合金端齿齿轮啮合工作面上涂覆CuNiIn涂层，可有效防止TC11和GH4169合金黏着。但C. Mary,等[High temperature fretting wear ofa Ti alloy/CuNiIn contact，《Surface and Coatings Technology》，2008, 203:691-698]研究表明：CuNiIn涂层的摩擦系数很高，一般在0.5~0.8左右，磨损率高，耐磨寿命有待提高。

发明内容

本发明的目的是针对上述润滑薄膜润滑性能不足的问题，提供一种固体润滑多层复合膜，该多层膜具有较高的结合强度、低的摩擦系数和磨损率。

本发明的另一个目的是提供的一种所述固体润滑多层复合膜的制备方法，该方法满足低温大面积制备的要求，具有生产效率高、成本低等优点。