润滑膜及其制备方法、用途技术

本发明专利技术提供了一种润滑膜，其用于金属基材表面，其特征在于，包含附着在金属基材表面的金属粘结层，所述金属粘结层外侧为金属纳米晶镶嵌在非晶基质中的表层。这种润滑膜可以在耐蚀金属工件表面获得高韧性、低摩擦、高耐磨、高耐蚀、高防污性能，从而有效的延长海洋环境中船舶机械运动部件使用寿命和减小设备结构的损坏。

Lubricating film and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
润滑膜及其制备方法、用途
本专利技术涉及表面处理
，尤其涉及一种润滑膜及其制备方法、用途。
技术介绍
近一些船舶机械系统的重要运动部件如活塞泵、齿轮、螺旋桨、阀门、轴承和液压系统等必须直接在海水环境中运行。这些功能运动部件除了会产生一定的摩擦损耗外，海水中存在的Cl-、O2，H2O等会对这些功能运动部件产生严重的电化学腐蚀作用，另外，海水中的海洋微生物在这些功能运动部件表面的附着和积累也会影响运动部件的腐蚀行为机制，增强部件表面摩擦磨损，从而导致船舶设备结构的损坏，缩短其使用寿命甚至造成严重的灾难。因此，这些船舶机械运动部件的安全性，稳定性和使用寿命在很大程度上取决于在严酷海洋环境下的摩擦磨损、耐腐蚀和防污性能。类金刚石碳基(Diamond-likecarbon，DLC)薄膜由于具有超低的摩擦系数，优异的耐磨性，较高的硬度和优异的化学惰性，近年来在各个领域已被广泛用作表面防护涂层。然而，由于DLC薄膜与金属基底间存在的高内应力和低结合强度限制了其在海洋环境下的应用。许多研究人员发现，在DLC中掺杂不同元素可有效改善薄膜的结构，增强DLC薄膜在严酷服役条件下的摩擦磨损、耐腐蚀和防污性能。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种润滑膜及其制备方法，以解决现有技术中的问题。为实现上述目的，本专利技术的一个方面提供了一种润滑膜，其用于金属基材表面，包含附着在金属基材表面的金属粘结层，所述金属粘结层外侧为金属纳米晶镶嵌在非晶基质中的表层。进一步地，所述金属基材选自金属不锈钢、钛合金和铜合金中的一种或多种，其目的是提高整个润滑膜的海水环境耐蚀性；铜合金可以是Cu-Ni-P系低合金钢、Cu-Cr-P系低合金钢、Cu-Cr-Mo系低合金钢、Cu-Cr-Al-P系低合金钢、Cu-Ni-Si系低合金钢。进一步地，所述金属粘结层选自Ti、Cr、Si、Zr、W、V中的一种或者多种。进一步地，所述金属纳米晶包含Cu元素、Mo元素及S元素。进一步地，所述Cu元素含量5.0～11.0at.％，所述Mo元素含量0.5～3.0at.％，所述S元素的含量0.8～4.5at.％。进一步地，所述非晶基质选自类金刚石碳。进一步地，所述金属粘结层的厚度为0.1～0.4μm。进一步地，所述金属纳米晶镶嵌在非晶基质中的表层的厚度为0.5～3.5μm。本专利技术的另一目的在于提供一种包含上述任一项所述润滑膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤:S1.将所述基材置于磁控溅射气相沉积真空系统中，进行氩等离子体溅射清洗，氩气气体流量为90～100sccm，基底偏压为-800～-1000V，处理时间为20～30min；S2.磁控溅射沉积金属粘接层：金属靶为阴极，工作气体为氩气，控制电源功率为200～300W，偏压为-300V，处理时间为20～30min；S3.磁控溅射沉积所述金属纳米晶镶嵌在非晶基质中的表层：沉积过程中，真空室的本底真空为2×10-3Pa，放电气压为3Pa；Ar气和甲烷混合气氛，Ar气流量为50sccm，甲烷流量为12～18sccm；高纯金属Cu靶和高纯MoS2复合靶为阴极，靶功率为100～200W，所述基材施加偏压-300V，加热为200℃，沉积时间90min；自然冷却。本专利技术的又一目的在于提供一种船舶机械系统中的运动部件，包括运动部件本体，所述运动部件本体上附着所述的润滑膜。优选的技术方案中，所述运动部件本体选自活塞泵、齿轮、螺旋桨、阀门、轴承和液压系统的一种或者两种以上的任意组合。本专利技术的又一目的在于提供一种船舶机械，所述船舶机械包括所述的船舶机械系统中的运动部件。本专利技术的又一目的在于提供一种所述润滑膜在船舶或者船舶机械系统的表面处理方面的应用。本专利技术的又一目的在于提供一种表面处理方法，所述表面处理方法包括：(1)将至少一个表面与一种或多种金属粒子接触附着，在表面形成金属粘结层；所述金属粒子选自Ti、Cr、Si、Zr、W、V金属粒子中的一种或者两种以上的任意组合；(2)在金属粘结层上附着金属纳米晶镶嵌在非晶基质中的表层。优选的技术方案中，所述方法步骤中附着方法选自以下的任意一种或多种：等离子体辅助气相沉积、溅射、或分子束外延。本专利技术的又一目的在于提供一种耐蚀金属工件，所述金属工件上附着所述的润滑膜。Cu元素由于不与C成键的特性，掺杂到DLC基质中以Cu纳米晶的形式镶嵌在的DLC无定型基质中，能填补基质中的缺陷，能减缓海水中电解质溶液的渗入从而提高DLC薄膜的防腐蚀性能。并且Cu离子具有毒性，能抑制细胞内谷胱甘肽还原酶和过氧化氢酶的形成阻碍细胞分裂、吸呼和光合作用，使吸附在船舶机械部件表面的海洋微生物丧失活性。除此之外，Cu元素掺杂到DLC基质中由于基质-晶粒的界面滑移作用从而有效提高DLC薄膜的韧性，但是，Cu掺杂到DLC基质中会提高sp2-C键所占的含量从而牺牲DLC薄膜的硬度。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：通过这种将MoS2和金属Cu元素相结合制备的(Cu,MoS2)-DLC复合薄膜可以在耐蚀金属工件表面获得高韧性、低摩擦、高耐磨、高耐蚀、高防污性能的(Cu,MoS2)-DLC复合薄膜，从而有效的延长海洋环境中船舶机械运动部件使用寿命和减小设备结构的损坏。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了本专利技术的MoS2-DLC薄膜的CLSM图；作为比较；图2示出了本专利技术的(Cu,MoS2)-DLC润滑膜的CLSM图。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个部件或者模块或特征与其他部件或者模块或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了部件或者模块在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的部件或者模块被倒置，则描述为“在其他部件或者模块或构造上方”或“在其他部件或者模块或构造之上”的部件或者模块之后将被定位为“在其他部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种润滑膜，其用于金属基材表面，其特征在于，包含附着在金属基材表面的金属粘结层，所述金属粘结层外侧为金属纳米晶镶嵌在非晶基质中的表层。

【技术特征摘要】
1.一种润滑膜，其用于金属基材表面，其特征在于，包含附着在金属基材表面的金属粘结层，所述金属粘结层外侧为金属纳米晶镶嵌在非晶基质中的表层。2.根据权利要求1所述的润滑膜，其特征在于，所述金属基材选自金属不锈钢、钛合金和铜合金中的一种或两种以上的任意组合。3.根据权利要求1所述的润滑膜，其特征在于，所述金属粘结层选自Ti、Cr、Si、Zr、W、V中的一种或者两种以上的任意组合。4.根据权利要求1所述的润滑膜，其特征在于，所述金属纳米晶包含Cu元素、Mo元素及S元素。5.根据权利要求4所述的润滑膜，其特征在于，所述表层中Cu元素含量为5.0～11.0at.％，所述Mo元素含量为0.5～3.0at.％，所述S元素含量为0.8～4.5at.％。6.一种权利要求1-5任一项所述润滑膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤:S1.将金属基材置于磁控溅射气相沉积真空系统中，进行氩等离子体溅射清洗，氩气气体流量为90～100sccm，基底偏压为-800～-1000V，处理时间为20～30min；S2.磁控溅射沉积金属粘接层：金属靶为阴极，工作气体为氩气，控制电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永欣，张景文，周升国，鲁侠，王春婷，李金龙，王立平，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33