CN101885250A - 一种自润滑金属材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自润滑金属材料。该材料通过以采用MEVVA源离子注入技术，在金属材料表面披覆基底层后；再使用PVD中的RF射频溅射工艺，在加工的金属材料表面披覆WS2润滑层。利用本发明得到的自润滑金属材料耐负荷，耐腐蚀，耐磨损，耐高温，适于各种常用和极端环境中运动部件的制作。
Description
技术领域
本发明属于金属材料领域，尤其涉及一种自润滑金属材料。
背景技术
目前工业上普遍使用液体润滑剂，涂覆在器械的金属表面用于润滑。随着科学技术的发展和机器种类的增加，油脂类润滑剂常常难以达到要求，主要因为油脂类润滑剂在高温的情况下难以持久地发挥作用，甚至失去效果。
近30年来，国际上对固体润滑材料的研究和生产十分重视，在二次大战期间，美国就开始研究开发固体润滑项目，如研制出MoS2固体润滑涂层。到50年代，美国制定了二硫化钼的美国军用标准，并将其作为军事秘密。60年代，陶瓷粘结二硫化钼膜和金属自润滑复合材料的开发，使得超音速飞机RS-70问世。随后，在汽车行业等新兴的产业部门及生产技术领域中都在逐渐应用固体润滑。
世界上目前所用的固体润滑方法主要有：石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、尼龙等。但这些材料与金属的结合力弱，极易磨损，同时不耐高温，二硫化钼经常要与粘结剂一同使用，这些缺点大大限制了他们的使用范围。
80年代美国Stanford University的Robert.D.Nelson博士首先开发出WS2(二硫化钨)固体润滑技术，用于太空探索，这种产品在严酷的星际环境中，均能提供优异的润滑效果，可以减少运动部件的磨擦和延长使用寿命。
1984年，MSC公司获得该技术的使用权并将此技术引入到一般工业领域中，以减少运动部件的磨擦、降低磨损，延长使用寿命。
但美国MSC公司的WS2固体润滑膜仍然存在一些缺点限制了它的更广泛的使用。由于膜层结构与基体结合的方式原因，使得润滑层与基体结合力低，运动部件润滑面在载荷较大时容易磨损，同时耐腐蚀性不强，并且设备投资大，价格过高，限制了它的发展。
发明内容
为提供一种新型的自润滑金属材料，用以制作耐负荷，耐磨损，耐腐蚀，耐高温，且生产成本低的器械运动部件，本发明通过以下技术方案实现：
提供一种自润滑金属材料，由固体润滑膜层和金属基材组成，所述的固体润滑膜层主要成分为WS2(二硫化钨)；以物理气相沉积技术中的射频溅射方式，将WS2固体润滑材料沉积于所述的金属表面，形成披覆层(1)。
所述的固体润滑膜层还包括TiN(氮化钛)层或DLC(类金刚石)层，位于WS2润滑膜层与金属基材之间。
所述的TiN层以MEVVA源离子注入技术(金属蒸汽真空弧离子源技术)，结合到金属基体表面，形成润滑膜基底层。
所述的WS2披覆层(1)厚度为0.1μm-2μm，优选厚度为0.5μm。
所述的基底层(2)厚度为0.001μm-0.01μm，优选厚度范围为0.005μm。
所述的金属基材为铝、钢、铜；所述的钢优选为45#钢、模具钢、不锈钢或合金钢。
本发明提供的采用MEVVA源离子注入技术改性材料表面后，再使用PVD中的RF射频溅射工艺制造WS2自润滑金属材料，解决了美国Robert.D.Nelson博士和MSC公司所遇到的WS2润滑层与基体结合力低，易磨损，耐腐蚀不强的缺陷。该固体润滑膜在650℃的高温和-273度的低温下均能保持优异的润滑效果。WS2膜还具有非常低的摩擦系数(0.03)。故结合该固体润滑膜的自润滑金属材料具有耐负荷，耐磨损，耐腐蚀，耐高温的优异性能；适于各种常用和极端环境中运动部件的制作。
附图说明
图1：自润滑金属材料表面剖面图
具体实施方式
实施例1：
以不锈钢作为基材，首先进行超声波清洗，然后用物理气相沉积技术中的射频溅射方式，将WS2固体润滑材料沉积于所述的金属表面，厚度为0.5μm。所得的自润滑不锈钢材料表面的摩擦系数为0.0355，具有优异的减磨耐磨性能。镀膜前后磨损率从2.486×10-5g/m降低为0.399×10-5g/m.，摩擦系数从0.29降低到0.0355。
实施例2：
以模具钢为基材3，首先进行超声波清洗，随后以MEVVA源离子注入技术(金属蒸汽真空弧离子源技术)，将TiN结合到金属基体表面，形成硬度高的润滑膜基底层2，厚度为0.005μm。然后在TiN涂层上，以物理气相沉积技术中的射频溅射方式，覆上WS2涂层1，厚度为0.8μm。得到的自润滑模具钢有TiN硬度高及防腐效果好，和WS2的润滑，耐高温和低摩擦系数综合功能。并且由于双层润滑覆合层的加工厚度为微米级，可以满足模具和加工零件之间的配合公差，降低加工成本，适于各种耐磨模具的加工制作。
实施例3：
以铜为基材，首先进行超声波清洗，随后以MEVVA源离子注入技术(金属蒸汽真空弧离子源技术)，将DLC结合到金属基体表面，形成硬度高的润滑膜基底层2，厚度为0.005μm。然后在DLC涂层上，以物理气相沉积技术中的射频溅射方式，覆上WS2涂层1，厚度为0.8μm。得到的自润滑模具钢有TiN硬度高及防腐效果好，和WS2的润滑低摩擦系数综合功能。适于各种耐磨运动部件的加工制作。
Claims (9)
1.一种自润滑金属材料，由固体润滑膜层和金属基材组成，其特征在于，所述的固体润滑膜层主要成分为WS2；以物理气相沉积技术中的射频溅射方式，将WS2固体润滑材料沉积于所述的金属表面，形成披覆层(1)。
2.如权利要求1或2所述的自润滑金属材料，其特征在于，所述的固体润滑膜层还包括TiN层或DLC层，位于WS2润滑膜层与金属基材之间。
3.如权利要求3所述的自润滑金属材料，其特征在于，所述的TiN层以MEVVA源离子注入技术，结合到金属基体表面，形成润滑膜基底层(2)。
4.如权利要求1或2所述的自润滑金属材料，其特征在于，所述的WS2披覆层(1)厚度为 0.1μm-2μm。
5.如权利要求5所述的自润滑金属材料，其特征在于，所述的WS2层(1)厚度为0.5μm。
6.如权利要求3所述的自润滑金属材料，其特征在于，所述的基底层(2)厚度为0.001μm-0.01μm。
7.如权利要求7所述的自润滑金属材料，其特征在于，所述的基底层(2)厚度为0.005μm。
8.如权利要求1所述的自润滑金属材料，其特征在于，所述的金属基材为铝、钢或铜。
9.如权利要求9所述的自润滑金属材料，其特征在于，所述的钢可以是45#钢、模具钢、不锈钢或合金钢。
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| CN2009100510643A Pending CN101885250A (zh) | 2009-05-12 | 2009-05-12 | 一种自润滑金属材料 |
Country Status (1)
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2009
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Application publication date: 20101117 |