CN102418077A - 一种制备Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜方法，包括：（1）对Gr40钢表面抛光处理，用丙酮，酒精和去离子水清洗，干燥；（2）在Ar气氛中，在40Cr钢衬底上开启Cu靶制备Cu的过渡层；（3）在Ar气氛中，开启Cu靶和Sn-Sb合金靶，磁控溅射制备巴氏合金薄膜。本制备方法具有原料价廉易得、简便、成本低、工艺简单、参数易控，适合大规模的工业生产；所制备的Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜在油润滑下有良好的减摩耐磨性，提高材料机械使用寿命，降低磨损。从而在轴承类机械制造，航空航天具有广泛的工业用途。具有很好的实用性，有很好的经济前景，能产生很好的社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜制备方法，特别涉及一种利用物理气相沉积方法中的磁控溅射镀膜技术制备Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜方法。
背景技术
现在硬质薄膜广泛的应用于控制摩擦磨损。为了进一步提高薄膜的性能提出过许多方法如多种成分复合，多层膜，以及超晶格。大多数研究集中于怎样提高薄膜本身的机械强度。而忽视其对于摩擦的行为的负作用。为了克服硬质薄膜如TiN、TiCN、类金刚石等薄膜高的摩擦系数，同时保护对摩件的表面，提出一种方法制备“软基体+硬质点”式薄膜。其中硬质点可以保持薄膜的耐磨性，并且软基体能够降低摩擦系数，在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使巴氏合金薄膜具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性，并在磨合后，软基体内凹，硬质点外凸，上凸的硬质点起支承作用且耐磨，凹凸之间的凹槽与微孔成为贮油空间和润滑油通道，有利于摩擦学性能大大提高。同时由于薄膜良好的嵌藏性对外面硬质点的容纳，同时摩擦对对磨件的损伤甚微。在油润滑下，巴氏合金薄膜的特有微观结构，凹槽和微孔容易造成在滑动过程中形成动压油膜，起到了降磨减摩效果。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种制备Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜方法，以实现成本低、工艺简单、参数易控，适合大规模的工业生产。
技术方案：为了实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种制备Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜方法，包括以下步骤：
（1）对Gr40钢表面抛光处理，用丙酮，酒精和去离子水清洗，干燥；
（2）在Ar气氛中，在40Cr钢衬底上开启Cu靶制备Cu的过渡层；
（3）在Ar气氛中，开启Cu靶和Sn-Sb合金靶，磁控溅射制备巴氏合金薄膜。
步骤（2）中，Cu靶功率为200W，溅射5min。
步骤（3）中，Sn-Sb合金靶的功率为200W，Cu靶功率为50W；溅射2h。
Cu靶纯度大于99.99%。Sn-Sb合金靶中Sn质量比为87%，Sb为13%。
制备出得薄膜中形成Sn、SbSn和Cu6Sn5物相。
有益效果：本制备方法具有原料价廉易得、简便、成本低、工艺简单、参数易控，适合大规模的工业生产；所制备的Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜在油润滑下有良好的减摩耐磨性，提高材料机械使用寿命，降低磨损。从而在轴承类机械制造，航空航天具有广泛的工业用途。具有很好的实用性，有很好的经济前景，能产生很好的社会效益。
附图说明
图1是实施例1的Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜XRD谱图；
图2是实施例1的Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜微观形貌图片；
图3是Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜油润滑下在不同载荷速率下的摩擦系数；
图4是采用VEECO WYKO NT1100 非接触光学表面轮廓仪测试薄膜的其表面轮廓图及表面粗糙度。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的解释。
实施例1
首先对Gr40钢表面抛光处理，用丙酮，酒精和去离子水清洗，干燥。然后开启Cu靶采用200w功率在Ar条件下进行过渡层的制备，再采用Cu靶和Sn-Sb合金靶材在Ar条件下，合金靶的功率为200W，Cu靶功率为50W；经过2h的沉积。最后制备出Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜。通过XRD衍射图片，如图1所示，由物相分析软件JADE和Scherrer公式可计算金属化合物相SbSn晶体晶粒尺寸为50nm左右，Cu6Sn5晶体晶粒尺寸为35nm左右，可见涂层中化合物SnSb与Cu6Sn5的尺寸细小。由SEM图，如图2所示，可以看出，薄膜表面光滑，颗粒细小，表面存在少量微孔。由图3可看出油润滑下摩擦系数很低，其中30G，150r/min的速率下摩擦系数低至0.05.薄膜磨痕很浅，没有大的损伤。由表面轮廓仪图，如图4所示，可以看出表面粗糙度为50.33nm，粗糙度很低。
Claims (6)
1.一种制备Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对Gr40钢表面抛光处理，用丙酮，酒精和去离子水清洗，干燥；
（2）在Ar气氛中，在40Cr钢衬底上开启Cu靶制备Cu的过渡层；
（3）在Ar气氛中，开启Cu靶和Sn-Sb合金靶，磁控溅射制备巴氏合金薄膜。
2.根据权利要求1所述的制备Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜方法，其特征在于：步骤（2）中，Cu靶功率为200W，溅射5min。
3.根据权利要求1所述的制备Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜方法，其特征在于：步骤（3）中，Sn-Sb合金靶的功率为200W，Cu靶功率为50W；溅射2h。
4.根据权利要求1所述的制备Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜方法，其特征在于：Cu靶纯度大于99.99%。
5.根据权利要求1所述的制备Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜方法，其特征在于：Sn-Sb合金靶中Sn质量比为87%，Sb为13%。
6.根据权利要求1所述的制备Sn-Sb-Cu巴氏合金薄膜方法，其特征在于：制备出得薄膜中形成Sn、SbSn和Cu6Sn5物相。
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