[发明专利]一种改善碳基薄膜耐磨性能的深冷处理工艺

说明书

本发明涉及一种改善碳基薄膜耐磨性能的深冷处理工艺，该工艺是指：将碳基薄膜置于充满深冷介质的密闭设备中，在降温速率为2~5℃/min、处理温度为‑100℃~‑200℃±1℃的条件下保温处理4 h~24 h，得到深冷处理后的碳基薄膜；所述深冷处理后的碳基薄膜置于空气中进行回温处理即可。本发明工艺简单、成本低，可使碳基薄膜硬度明显增加，满足不同领域的需求，不但延长了碳基薄膜的使用寿命，而且极大地改善碳基薄膜耐磨性能。

技术领域

本发明涉及表面工程领域，尤其涉及一种改善碳基薄膜耐磨性能的深冷处理工艺。

背景技术

随着迅猛发展的现代工业，使得机械装备朝着高精密化、高集成化、高效化迈进，从而对于运动部件的承载能力、耐磨性能的需求更加苛刻，对于摩擦磨损性能的控制要求也越来越苛刻。摩擦造成全世界1/3一次性能源的消耗，而磨损导致60%的机械零部件失效，直接经济损失占工业化国家GDP的5%~7%。

采用润滑材料技术将能有效降低摩擦、减小（或避免）磨损、提高工作效率和延长设备寿命。现有的润滑材料技术主要是通过润滑油添加剂、防护涂层等方法。碳基涂层由于其较高的机械性能、良好的化学稳定性以及生物相容性等在航空航天、机械、电子、光学及生物医学等领域具有重要的应用价值。但是在针对实际工况的应用中，碳基薄膜依旧有诸多问题需要解决，如内应力会随着厚度的增加导致性能下降，较差的摩擦磨损性能。

目前解决此类问题的主要方法在于微纳结构的引入和元素掺杂，Si、F、S等元素的掺杂可以降低碳薄膜的内应力增加薄膜的硬度，提高热稳定性，增强膜/基底的结合力，改变其在潮湿环境中的摩擦学性能，但是并不能完全解决碳基薄膜的高磨损问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种简单、高效的改善碳基薄膜耐磨性能的深冷处理工艺。

为解决上述问题，本发明所述的一种改善碳基薄膜耐磨性能的深冷处理工艺，其特征在于：将碳基薄膜置于充满深冷介质的密闭设备中，在降温速率为2~5 ℃/min、处理温度为-100 ℃~ -200 ℃±1 ℃的条件下保温处理4 h~24 h，得到深冷处理后的碳基薄膜；所述深冷处理后的碳基薄膜置于空气中进行回温处理即可。

所述碳基薄膜是指无定形碳薄膜、类富勒烯碳薄膜及类石墨碳薄膜中的一种。

所述深冷介质是指液氮。

所述深冷处理+回温处理的次数至少一次。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明利用碳基薄膜自身不稳定sp²和sp³碳杂化结构，通过至少一次深冷处理+回温处理, 促使sp²杂化碳到sp³杂化碳的相变及薄膜致密化，使碳基薄膜硬度明显增加，可满足不同领域的需求，不但延长了碳基薄膜的使用寿命，而且极大地改善碳基薄膜耐磨性能。经实际测试，采用本发明方法，摩擦系数可由0.14~0.20降低至0.05~0.07，耐磨性能提高3~5倍。

2、本发明以液氮为处理介质，来源方便，过程绿色，对环境无危害。

3、本发明工艺简单，节约能源、成本低，具有广泛的应用潜能。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为本发明深冷处理前后碳基薄膜的形貌图。其中：(a) GL-C:H；(b) FL-C:H。

图2为本发明深冷处理前后碳基薄膜的三维轮廓图。

具体实施方式