低摩擦镀层制造技术

公开了一种式为Ｍ↓［Ｘ］Ｓｉ↓［Ｖ］Ｒ↓［Ｙ］Ｓ↓［Ｚ］Ｆ↓［Ｗ］的金属硫化物镀层组合物，其中：Ｍ是选自于Ｍｏ、Ｔｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｚｒ和Ｈｆ中之一种或多种金属；Ｓｉ是硅；Ｒ是选自于Ｃ、Ｂ、Ａｌ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｓｍ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｎ、Ｈ和Ｏ中之一种或多种元素；Ｓ是硫；Ｆ是氟；Ｘ为０．２－１．５；Ｖ为０．０２－３；Ｙ为０－４；Ｚ为０．２－６；以及Ｗ为０．０１－６，并且其中Ｘ、Ｙ、Ｚ、Ｖ和Ｗ均以原子比给出，所述组合物具有良好的非粘附性、低的亲水性和高的稳定性。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种低摩擦镀层以及采用真空离子和等离子技术沉积低摩擦镀层的方法。所述镀层具有非粘附性、低亲水性和高稳定性。
技术介绍
已知元素如Mo和W的二硫化物，由于其独有的化学键合和结构，它们具有低摩擦的性能。目前，采用真空离子和等离子技术如磁控溅射(MS)，等离子辅助化学气相沉积(PACVD)和离子束辅助沉积(IBAD)来沉积MoS2和WS2镀层。MoS2和WS2镀层已在摩擦学领域得到应用，如作为固体润滑剂用于航空产品和其它工程领域如用于切割。所述沉积方法总是存在重现性差的问题。已采用不同技术来改善镀层性能的重现性，其中包括在所述结构中引入其它元素。在某些场合，其它元素的引入改善了镀层性能。所述镀层系列固有的一般问题是它们的热和大气不稳定性。所述镀层与水蒸汽和氧反应，使硫化物转变为摩擦学性能大不相同的氧化物。除这些问题之外，镀层的最大可用厚度始终低于2μm。更厚的镀层在工作压力条件下会发生严重开裂。通过脉冲激光沉积将CFX混入到钨和硫的混合物中，可改善二硫化钨膜的摩擦学性能。同样地，将含10-40％氟的氟化石墨加入到MoS2的混合物中，可改善其耐磨性。然而，仍然需要克服目前组合物限制的具有改善的性能的镀层。
技术实现思路
本专利技术提供一种金属硫化物镀层组合物，其特征在于所述组合物还含有硅和氟。本专利技术的另一方面是提供一种采用真空离子或等离子技术在基材上沉积低摩擦金属硫化物镀层的方法，其特征在于硅和氟或者它们的前体被引入到沉积装置中。本专利技术的又一个方面是提供一种镀覆有本专利技术的金属硫化物镀层组合物的产品或者采用本专利技术的方法所获得的产品。优选地，采用真空离子或等离子技术例如MS，PACVD、IBAD，电子回旋共振(ECR)、电弧蒸发(AE)、电子束蒸发(EBE)，激光烧蚀(LA)，离子注入(II)，或者这些技术的联合来进行镀层的沉积。特别是，所述镀层含有(a)下述元素Mo、W、Nb、Ta、Ti、Zr、Hf中之一种或多种(b)硫(c)氟(d)硅以及，任选地，(e)下述元素C、B、Al、V、Cr、Fe、Co、Ni、Sm、Au、Cu、Zn、Sn、Pb、N、H、O中之一种或多种。在一个实施方案中，本专利技术涉及一种膜的沉积，该膜中，至少一部分，不管其尺寸大小如何，包含一种以单相或多相形式存在的化学组合物，该化学组合物具有如下表达式MXRySZSiVFW其中，M代表如(a)中所述的一种或几种元素 S代表硫元素Si代表硅元素F代表氟元素以及，R代表(e)中所述的一种或多种元素。x，y，z，v和w的取值范围为(以原子比计)x＝0.2-1.5y＝0.01-4z＝0.2-6v＝0.02-3w＝0.01-6本专利技术镀层的化学组成实例包括Mo1.0Si0.5S2.0F2.0Mo1.0B0.05Si0.5S2.2F2.0W0.8Si1.0B0.5S2.0F2.0Mo1.0Zr0.1Si0.5S2.2F2.5Mo0.2W0.8Ta0.4B0.6Si0.5S2.5F3W0.8Al0.1Cu0.1C1.0B0.5Si0.6S2.0F3.1此外，所述方法可以在气体和压力不同的真空条件下进行。在沉积过程中，可以使用稀有气体(He、Ar、Kr、Xe、Rn)或反应性气体(例如，H2、O2、N2、SF6、Si2F6)或该两种气体的混合物。所述方法也可以在超高真空中，在没有任何的或者非常有限的气体或蒸汽源帮助下实施。(a)中所列的金属元素可以借助不同的手段加以引入，例如热蒸发、电弧蒸发、电子束蒸发、激光烧蚀、磁控溅射、等离子辅助化学气相沉积，离子束辅助沉积，，离子注入，这些方法可以使用所述元素不同的源，如纯金属靶(如，Mo、W、Nb、Ta、Zr、Hf、Si)，合金(如，Mo/W，Mo/Ti/Zr，Mo/Ti、Zr/Ti)以及固态化合物(如，MoS2、WS2、Mo2C，WSi2，WC-Co，WC-Ni)，液态化合物(如WF6，MoF6)或气相化合物(如，W(CO)6)或者上述物质的任意组合。硫可以借助与(a)中元素所述相同或不同的方法引入，这些方法可以使用不同的源如纯硫(例如，S8)、金属硫化物(例如，MoS2、WS2、MoWS)或其它硫的化合物(例如，SF6)或者上述物质的任意组合。氟可以采用不同的方法引入，所述方法可使用不同的前体如F2、SF6、C2F4、CF4、C2F6、WF6、MoF6、Si2F6、BF3、NF3、或者上述物质的任意组合。硅的引入形式可以是纯元素或者是化合物如Si2F6、Si3N4、SiC或者是上述物质的任意组合。(e)中所述元素可以采用与(a)、(b)、(c)和(d)类似的方法，通过适当的源(例如，C由C靶或C2H2、C2F4气提供，N由N2或NF3提供)或者它们的任意组合来进行引入。本专利技术镀层中存在的所有元素可以以均匀或不均匀的方式混入所述镀层中。本专利技术所述镀层可以是整个沉积膜的部分或全部。镀层的组成从表面至镀层与基材的界面自始至终都可能是均匀的。所述镀层可以沉积在采用相同、类似或不同的方法沉积的其它层上和相同、相似或不同的化学组合物和/或结构上。从表面到界面所述镀层的组成可以变化。所述镀层可以部分或全部地是不同层的周期性重复。所述镀层也可以是由没有周期性重复的不同层构成。所述镀层也可以进行进一步的真空和非真空处理，这可能意味着所述镀层初始沉积的化学组成和/或结构会发生变化(例如，热处理、化学或电化学处理、辐照或烧蚀处理)。这些处理也可以作为总的沉积过程的一部分而被包括其中。所述镀层的制备可以在一个或几个一字排列式沉积装置或者一个或几个隔离的沉积装置中进行。所述沉积装置可以包含一个或多个镀覆设备和/或镀覆源。待镀覆的试样在沉积装置中可以静止不动或者是做动态运动。本专利技术所述的镀层具有低的摩擦系数。与以前所制备的标准的金属二硫化物镀层相比，本专利技术所述的镀层具有更低的亲水性。与其它的二硫化物镀层相比，本专利技术所述镀层具有改善的良好的热和大气稳定性。本专利技术所述镀层具有非粘附性。本专利技术所述镀层具有良好的摩擦学性能。本专利技术所述镀层在承受工作压力期间不会发生严重开裂，从而改善了实际，二硫化物镀层所受到的实际限制。所有这些性能使得本专利技术所述镀层可以在下述场合中使用光和磁记录设备介质。飞机和航天飞机轴承。滚珠轴承、滚珠丝杆(ball screw)、齿轮、凸轮轴、阀门、燃料喷嘴、油和燃烧泵，气缸和活塞环，均作为在汽车和其它发动机工业中的应用实例。切削和成形工具如钻头、端面铣刀、刀片、锯以及其它工具，所述工具用于加工铝、铝合金、铜和铜合金、插件、是金属(如金、银、锇、铱、铂、钌、铑和钯)，钢、不锈钢、碳纤维、玻璃纤维、陶瓷、金属基复合材料，有机基复合材料，木材、纸板、塑料和聚合物(例如塑料填料)或者这类材料的组合诸如纸板与聚合物的组合(例如四角砖(tetrabrick)形填料)、铝与聚合物的组合(例如饮料罐)、钢与聚合物的组合(例如食物白铁罐)。对前述各种材料的模锻、冲制及适应性操作。模具组件如模具、喷射器、喷嘴和阀门的镀覆用于例如增加脱模性和磨损防护。纺织和造纸工业中与导向、滑动、机加工、切削、模压、印制有关的操作，以改进工具和部件的质量和耐磨性。借助实施例对本专利技术进行进一步描述，下面的附图仅仅作为参考，其中附图说明图1示出的是制备本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属硫化物镀层组合物，其特征在于所述组合物还含有硅和氟。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：V比里多科萨勒茨，
申请(专利权)人：金科有限公司，
类型：发明
国别省市：GB[英国]