【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面处理，具体涉及一种软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜及其制法与应用。
技术介绍
1、航天器经常在特殊的工作条件下工作，如高/低温或高负荷，因此需要提高轴承等旋转部件的寿命和可靠性以保证航天器的安全运行，其中保证旋转部件的润滑是关键。过渡金属硫化物(ms2，m是钼或钨)因其层间弱范德华键形成易滑动的层状结构而被广泛应用于航空航天领域。然而，有时在航天器发射前必须进行地面测试或储存，由于ms2固体润滑涂层对环境非常敏感，其层状结构的边缘面存在悬垂键或不饱和键，易与氧气发生反应导致摩擦学性能恶化，从而极大地限制了其工程应用。即使在真空中，溅射纯ms2薄膜也由于多孔结构而表现出较差的耐磨性。现如今，空间技术的迅猛发展，对润滑材料提出了更高的要求，要求其在高低温循环、高载荷、高辐射等苛刻的环境中有良好的应用，因此需要提高ms2涂层的摩擦性能。
2、对于地面或高温应用，mos2会迅速失去润滑性并伴随高磨损。因此，需要应用其他材料以提高涂层在苛刻环境下的摩擦性能。其中ws2相较于mos2具有更高的热稳定性和抗氧化性，以此为基体制备的层状涂层可以有效地减少轴承等旋转部件在苛刻环境下的摩擦和磨损。然而，基于ws2的涂层不能像液体润滑剂一样自我补充，特别是在恶劣的操作条件下，耐久性问题阻碍了其在更长的使用寿命和更高扭矩敏感性应用中的应用，例如滚动元件精密轴承。这意味着单一的固体薄膜很难满足日益增长的耐久性要求。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种软金属掺杂二硫
2、为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
3、本专利技术实施例提供了一种软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜，其包括：依次形成于基体表面的钛过渡层、钛/二硫化钨/镍/铜梯度层及二硫化钨/镍/铜层；
4、其中，在沿逐渐远离所述基体的方向上，所述钛/二硫化钨/镍/铜梯度层中钛的含量逐渐减小，二硫化钼的含量逐渐增大，镍的含量逐渐增大，铜的含量逐渐增大；同时所述二硫化钨/镍/铜层是由镍-二硫化钨层与铜-二硫化钨层交替层叠形成的。
5、本专利技术实施例还提供了前述的软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜的制备方法，其包括：
6、采用磁控溅射技术在基体表面依次沉积钛过渡层、钛/二硫化钨/镍/铜梯度层及二硫化钨/镍/铜层，从而制得软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜。
7、本专利技术实施例还提供了前述的软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜在高温环境或高低温交变环境下航空航天器件表面防护领域中的用途。
8、本专利技术实施例还提供了一种装置，包括基体，所述基体上还设置有前述的软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜。
9、与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
10、本专利技术采用磁控溅射技术，通过ni和cu的掺杂改性设计，制得软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜，该复合薄膜具有高硬度(大于6.5gpa)及弹性模量，能够适用于高冲击环境部件表面防护，尤其适用于航天火工分离环境部件表面防护，强结合力达到20n，高温处理后环境摩擦系数达到0.04，在大气环境、高低温交变环境下以及不同温度环境下均具有良好的摩擦磨损性能，能够满足多种环境部件使用需求，良好温度自适应性能、耐高温氧化性能，提高航空航天飞行器服役寿命。
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1.一种软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜，其特征在于，包括：依次形成于基体表面的钛过渡层、钛/二硫化钨/镍/铜梯度层及二硫化钨/镍/铜层；
2.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于：所述软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜中镍原子的原子含量为8～12at％，铜原子的原子含量为1～4at％；
3.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜的硬度大于6.5GPa；
4.如权利要求1-3中任一项所述的软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，具体包括：采用磁控溅射技术，以钛靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对钛靶施加靶电流，对基体施加负偏压，从而在基体表面沉积形成钛过渡层，其中，靶电流为3.0～5.0A，基体偏压为-70～-100V，工作气体流量为30～35sccm，基体温度为80～120℃，反应腔室压强为1.0～3.0×10-3torr，沉积时间为600～900s；优选的，所述惰性气体包括氩气。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，具体包括
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，具体包括：采用磁控溅射技术，以二硫化钨/镍靶、二硫化钨/铜靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对二硫化钨/镍靶、二硫化钨/铜靶施加靶电流，对基体施加负偏压，从而在所述钛/二硫化钨/镍/铜梯度层的表面沉积形成二硫化钨/镍/铜层；其中，施加于二硫化钨/镍靶的靶电流为0.8～1.6A，施加于二硫化钨/铜靶的靶电流为0.8～1.6A，基体偏压为-30～-70V，工作气体流量为30～35sccm，基体温度为80～120℃，反应腔室压强为1.0～3.0×10-3torr，沉积二硫化钨/镍/铜层的时间为9900～10300s；优选的，所述惰性气体包括氩气。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括：将反应腔体抽真空至真空度在3×10-5torr以下，先对基体表面清洗、等离子体刻蚀处理；优选的，所述等离子体刻蚀处理的条件包括：对基体施加-400～-500V的偏压，基体温度为100～150℃，刻蚀时间为1200～1800s。
9.权利要求1-3中任一项所述的软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜在高温环境或高低温交变环境下航空航天器件表面防护领域中的用途；优选的，所述航空航天器件的材质包括316L、9Cr18或单晶硅片。
10.一种装置，包括基体，其特征在于：所述基体上还设置有权利要求1-3中任一项所述的软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜；优选的，所述基体的材质包括316L、9Cr18或单晶硅片；优选的，所述装置包括航空航天飞行器。
...【技术特征摘要】
1.一种软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜，其特征在于，包括：依次形成于基体表面的钛过渡层、钛/二硫化钨/镍/铜梯度层及二硫化钨/镍/铜层；
2.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于：所述软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜中镍原子的原子含量为8～12at％，铜原子的原子含量为1～4at％；
3.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜的硬度大于6.5gpa；
4.如权利要求1-3中任一项所述的软金属掺杂二硫化钨基的复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，具体包括：采用磁控溅射技术，以钛靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对钛靶施加靶电流，对基体施加负偏压，从而在基体表面沉积形成钛过渡层，其中，靶电流为3.0～5.0a，基体偏压为-70～-100v，工作气体流量为30～35sccm，基体温度为80～120℃，反应腔室压强为1.0～3.0×10-3torr，沉积时间为600～900s；优选的，所述惰性气体包括氩气。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，具体包括：采用磁控溅射技术，以钛靶、二硫化钨/镍靶、二硫化钨/铜靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对钛靶、二硫化钨/镍靶、二硫化钨/铜靶施加靶电流，对基体施加负偏压，从而在所述钛过渡层的表面沉积形成钛/二硫化钨/镍/铜梯度层；其中，施加于钛靶上的靶电流从3.0～5.0a逐渐减小至0，施加于二硫化钨/镍靶的靶电流从0逐渐增加至0.8～1.6a，施加于二硫化钨/铜靶的靶电流从0逐渐增加至0.8～1.6a，基体偏压为-30～-70v，工作气体流量为30～35sccm，基体...
【专利技术属性】
技术研发人员：王海新，王立平，唐悦宁，郭武明，任思明，
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：
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