[发明专利]改善陶瓷表面润滑耐磨性的表面处理方法

说明书

本发明叙述了一种改善陶瓷表面润滑耐磨性的表面处理方法，它是利用离子加速器对红宝石陶瓷进行碳离子注入的表面改性方法。

陶瓷材料具有高硬度、高强度以及优异的化学稳定性和在高温下的力学性能优良等特点。随着陶瓷材料的应用向高、精、尖方向发展，其突出的问题是摩擦系数和磨损率比较高。因此，陶瓷材料的表面改性正日益受到人们的关注。金刚石上的Ti、Cr离子注入研究结果表明其将会用作电视录像圆盘触头上(Sato S,et al.Nucl.Instr and Meth.,1987,B19/20:822-825)以改善导电性。

本发明的目的在于提供一种改善陶瓷表面润滑耐磨性的离子注入技术，造成陶瓷表层的非晶化和陶瓷表面非晶石墨相的产生，减小陶瓷表面电阻和滑动的摩擦系数，降低其与钢的摩擦磨损。

具体地讲，本发明的目的通过以下措施来实现：

本发明是将单晶红宝石切片，依次用28～3微米金刚砂、钻石膏把样品抛光成镜面。在离子加速器上注入碳离子，注入能量10～220千伏，注入靶室静真空度1.0×10^-3～1.0×10^-5帕，光阑φ5～30毫米，注入束流密度4～120微安/厘米²，注入剂量1.0×10¹⁶～1.0×10¹⁹碳/厘米²，注入时红宝石基体水冷。

碳离子注入陶瓷表面引起表层的非晶化和陶瓷表面非晶石墨相的产生，使注入层的表面韧性及耐破碎临界负荷提高和减小了陶瓷与钢的滑动摩擦磨损。

本发明的陶瓷表面处理方法简单，陶瓷表面处理后与钢的摩擦系数低，应用性强，适合于精密机械、光学仪器、医疗器械、汽车发动机、电子机械等工业的干摩擦运动部件上。本发明所述的改善陶瓷表面润滑耐磨性的表面处理方法，具体条件为在200千伏离子注入机上进行碳离子注入，注入能量110千伏，动真空度1～2×10^-3帕，光阑φ20-30毫米，束流密度10～20微安/厘米²，注入剂量1.0×10¹⁶～1.0×10¹⁸碳/厘米²。

本发明的特点如下：

1．润滑耐磨性

SRV摩擦磨损试验机：球(φ10毫米GCr15)-盘(注入陶瓷)点接触往复滑动方式。滑幅0.2毫米，往复频率20赫兹，载荷20牛顿。碳离子注入红宝石表面后的摩擦系数和磨痕宽度(900秒后)如表1。