CN105063566A - 一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置及方法 - Google Patents
一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置及方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置及方法，用于在精密轴承滚珠上沉积具有优异摩擦学特性的碳基薄膜以对精密轴承赋予减摩延寿之功效。它包括底座、拉簧、转轴、滚轮轴、滚轮和托盘，在所述底座上设有竖向放置的转轴，在所述转轴的上方设有放置轴承钢球的托盘，在所述托盘与转轴之间设有支撑钢球，在所述托盘与底座之间设有四根拉簧，在所述转轴的上部设有滚轮轴，在所述滚轮轴的自由端设有滚轮，所述滚轮外壁与托盘的底部接触并使得托盘倾斜设置，在所述托盘顶部凹槽内均匀设置有用于分离轴承滚珠的固定柱，且所述托盘的顶部为研磨镜面。利用该装置依次对滚珠进行预处理、滚珠镀膜前期准备、溅射清洗、沉积纯铬打底层、沉积过渡层、沉积碳基工作层处理，得到的滚珠耐磨性大大增强。
Description
技术领域
本发明涉及精密轴承技术领域，具体地说是一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置及方法。
背景技术
精密轴承按照ISO的分级标准分为：等级依次增高的P0，P6，P5，P4和P2，其中P0为普通精度，其它等级都是精密级别。对于高精密的轴承，例如机器人用谐波减速器中的轴承，在使用性能上要求旋转体（滚珠）具有高振动精度、高速旋转及摩擦系数小的要求，因此提高精密轴承中旋转体的耐磨性对于保证其使用性能以及延长使用寿命是十分重要的。在滚珠上应用现代表面改性技术制备一层低摩擦系数的自润滑膜，能在高精密仪器上使用，突破了传统的油润滑减摩延寿的轴承的工作范围。在航空航天、机器人、机械手等领域所需无油和贫油等极端情况下，可以保证机器平稳高效的运作。
目前，利用物理气相沉积技术在滚珠上制备自润滑膜是主要方法之一，基于现有的微弧离子镀环境，急需一种操作方便成本低廉且能在球形滚珠上制备厚度、颜色均匀、成分控制精确、可批量化镀膜的镀膜装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置及方法，用于在精密轴承滚珠上镀膜提高滚珠的耐磨性能。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置，包括底座、拉簧、转轴、滚轮轴、滚轮和托盘，在所述底座上设有竖向放置的转轴，在所述转轴的上方设有放置轴承钢球的托盘，在所述托盘与转轴之间设有支撑钢球，在所述托盘与底座之间设有四根拉簧，在所述转轴的上部设有滚轮轴，在所述滚轮轴的自由端设有滚轮，所述滚轮外壁与托盘的底部接触并使得托盘倾斜设置，其特征是，在所述托盘顶部凹槽内均匀设置有若干固定柱，且所述托盘顶部凹槽为研磨镜面。
所述固定柱的直径为2mm，高度为5mm。
所述托盘顶部的表面粗糙度不大于0.01。
一种利用上述的精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置进行精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的方法，包括以下步骤，
（1）滚珠预处理
①先后使用酒精和丙酮对滚珠表面进行清洗，且清洗时间均为10min；
②对经过步骤①处理后的滚珠进行干燥处理，得到干燥、无油、无蜡的干净滚珠；
（2）滚珠镀膜前期准备
①将干净的滚珠放入滚珠托盘中，将权利要求1至3中任一所述的精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置放入磁控溅射离子镀真空腔中，并保证滚珠托盘平面与靶材中心位置垂直、滚珠能在滚珠托盘中正常运动；
②关闭真空腔腔门，对真空腔进行抽真空处理，直至真空腔气压达到6.0×10-2～6.0×10-3Pa；
（3）溅射清洗
①向真空腔中通入氩气8～80sccm，保持此时的工作气压为0.1～0.8Pa；
②在纯铬靶上施加0.02～0.5A的电流，在滚珠上施加300～500V的负偏压，脉冲宽度0.2～5μs，脉冲频率50～300KHz；对滚珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为4～50min；
（4）沉积纯铬打底层
①保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1～0.9Pa；
②将纯铬靶上电流调节至0.2～10A，同时将滚珠上的负偏压调节至0～150V，脉冲宽度为0.2～5μs、脉冲频率为50～300KHz，进行沉积纯铬打底层，且时间为1～20min；
（5）沉积过渡层
①保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1～0.9Pa；
②将纯铬靶上电流缓慢调节至0.02～2A，同时将石墨靶电流调节至0.8～5A，将施加在滚珠上的负偏压调节至0～150V，脉冲宽度为0.2～5μs、脉冲频率为50～300KHz，进行沉积过渡层处理，且时间为5～60min；
（6）沉积碳基工作层
①保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1～0.9Pa；
②保持纯铬靶和石墨靶上的电流分别与步骤（5）中的电流值相等，将施加在滚珠上的负偏压调节至0～120V，脉冲宽度为0.2～5μs、脉冲频率为50～300KHz，进行沉积碳基工作层，且时间为60～280min。本发明的有益效果是：利用本发明提供的一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置及方法制造的精密轴承，与目前市场上的精密轴承用滚珠相比，采用本发明中镀膜装置处理后的滚珠，可以在无油和贫油的高精密仪器中使用，使得使用此滚珠的精密轴承转动速率增加的同时振动幅度减小，温升速率减小，同时延长的使用寿命。说明与未镀膜的滚珠相比，此类轴承具备更低的摩擦系数，高承载能力，能满足航天航空、机械手、机器人用谐波减速器领域对精密轴承的要求。
附图说明
图1为精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置的剖视图；
图2为图1的俯视图；
图中：1底座，2挂钩，3拉簧，4滚轮，5螺母，6滚轮轴，7托盘，8固定柱，9支撑钢球，10导轨，11螺钉，12转轴。
具体实施方式
如图1、图2所示，精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的装置主要包括底座1、挂钩2、拉簧3、滚轮4、螺母5、滚轮轴6、托盘7、固定柱8、支撑钢球9、导轨10、螺钉11和转轴12，下面结合附图对该装置进行详细描述。
如图1所示，底座1为该装置的基体，在底座的中心设定有一转轴12，转轴竖向放置，在转轴与底座之间设有轴承，通过轴承的设置实现转轴的转动。在底座的底部通过螺钉11固定有导轨10，该装置通过导轨安装在微弧离子镀真空腔中。在转轴的上方设有托盘7，在托盘与转轴顶部之间设有一支撑钢球9，支撑钢球的设置可以使得托盘饶支撑钢球转动，且托盘能够倾斜。在托盘的底部与底座之间设有四个拉簧3，为方便拉簧的安装，在底座的顶部和托盘的底部均设有挂钩2，将拉簧挂在挂钩上。在转轴的上部固定有滚轮轴6，滚轮轴的轴线与转轴轴线垂直，在在滚轮轴的自由端转动安装有滚轮4，滚轮外壁与托盘底部接触配合。滚轮的设置，使得托盘处于倾斜状态。为防止滚轮沿滚轮轴轴向的移动，在滚轮轴上设有螺母5。
如图2所示，在托盘的顶部设有若干均匀布置的固定柱8，若干固定柱位于多个圆周上，且每个圆周上的固定柱沿周向均匀设置。固定柱为直径为2mm、高度为5mm的圆柱形结构。这样滚珠在滚动过程中，限于小圆柱的阻碍，滚珠与滚珠之间的碰撞相对减少，不在出现十几只钢珠连在一起的情况，此时滚珠与腔体中镀料粒子的接触面积增加，薄膜厚度分布更加均匀，沉积速率加快。靶材与滚珠跑道距离足够大，且滚珠跑道内径较小，此时轴承钢珠和靶面之间的距离增加，受到靶面的吸引力减小，亦不会出现十几只钢珠连在一起的现象，且滚珠跑道内径缩小，钢珠整体静止时，靶材与滚珠之间的整体距离误差减小，保证钢珠在执行工艺时能保持随机运动的同时获得厚度均匀性较好的类石墨薄膜。托盘顶部的表面，即滚珠跑道为研磨镜面，表面粗糙度Ra不大于0.01。滚珠在执行工艺过程中在跑道中随机滚动，跑道越光滑，粗糙度越小，跑道对滚珠表面形光洁度影响就越小，滚珠表面就越平整，且均匀性越好。
下面对精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的方法步骤进行描述。
实施例1：
1、滚珠预处理
（1）对滚珠表面进行清洗，采用酒精超声波清洗的方式清洗10min；
（2）取出经过步骤（1）处理后的滚珠，将滚珠烘干后放入盛有丙酮的烧杯中，采用丙酮超声波清洗的方式清洗10min；
（3）取出经步骤（2）处理后的滚珠，用热空气将滚珠吹干，得到干燥、无油、无蜡的干净滚珠；
2、滚珠镀膜前期准备
（1）将干净的滚珠放入滚珠托盘中，将精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置放入装有纯铬和纯石墨靶材的真空腔中，并保证托盘平面与靶材中心位置垂直；旋转基座试运行，看滚珠是否在托盘中正常运动；其中，靶材与托盘的距离为60mm，工作时，中心轴转速为3r/min，工作盘上下振动幅度为20mm；
（2）关闭真空腔腔门，对真空腔进行抽真空处理，直至真空腔气压达到6.0×10-2Pa～6.0×10-3Pa；
3、溅射清洗
（1）向真空腔中通入氩气，保持此时的工作气压为0.1Pa；
（2）在纯铬靶上施加0.2A的电流，同时在滚珠上施加400V的负偏压，脉冲宽度0.5μs，脉冲频率50KHz；对滚珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为30min；
4、沉积纯铬打底层
（1）保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1Pa；
（2）将纯铬靶上电流调节至2.5A，同时将滚珠上的负偏压调节至150V，脉冲宽度为0.5μs、脉冲频率为50KHz，进行沉积纯铬打底层，且时间为10min；
5、沉积过渡层
（1）保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1Pa；
（2）将纯铬靶上电流缓慢调节至0.2A，同时将石墨靶电流调节至1.5A，将施加在滚珠上的负偏压调节至120V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积过渡层处理，且时间为20min；
6、沉积碳基工作层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1Pa；
（2）保持纯铬靶上电流为0.2A、石墨靶电流为1.5A，将施加在滚珠上的负偏压调节至60V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积纯铬打底层，且时间为200min。
采用POD针盘式摩擦磨损试验机对经过上述六个步骤处理后的滚珠进行摩擦磨损实验，检测滚珠的摩擦磨损性能。经检验，精密轴承用滚珠表面碳基薄膜的摩擦系数为0.23。
实施例2：
1、滚珠预处理
（1）对滚珠表面进行清洗，采用酒精超声波清洗10min；
（2）取出经上述步骤（1）处理后的滚珠，烘干后放入盛有丙酮的烧杯中，采用丙酮超声波清洗的方式清洗10min；
（3）取出经上述步骤（2）处理的滚珠后用热空气烘干，得到干燥、无油、无蜡的干净滚珠；
2、滚珠镀膜前期准备
（1）将干净的滚珠放入滚珠托盘中，将精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置放入放置有纯铬和纯石墨靶材的真空腔中，保证托盘平面与靶材中心位置垂直，旋转基座试运行，看滚珠是否在托盘中正常运动；其中，靶材与托盘的距离为60mm，工作时中心轴转速为3r/min，工作盘上下振动幅度为20mm；
（2）关闭真空腔腔门，对真空腔进行抽真空处理，直至真空腔气压达到6.0×10-2～6.0×10-3Pa；
3、溅射清洗
（1）向真空腔中通入氩气，保持此时的工作气压为0.3Pa；
（2）在纯铬靶上施加0.3A的电流，在滚珠上施加400V的负偏压，脉冲宽度为0.5μs，脉冲频率为50KHz；对钢珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为30min；
4、沉积纯铬打底层
（1）保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.3Pa；
（2）将纯铬靶上的电流调节至2.5A，将滚珠上的负偏压调节至150V，脉冲宽度为0.5μs、脉冲频率为50KHz，进行沉积纯铬打底层，且时间为20min；
5、沉积过渡层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.3Pa；
（2）将纯铬靶电流缓慢调节至0.2A，将石墨靶电流调节至1.5A，同时将施加在滚珠上的负偏压调节至120V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积过渡层，且时间为20min；
6、沉积碳基工作层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.3Pa；
（2）保持纯铬靶上电流为0.2A、石墨靶上的电流为1.5A，将施加在滚珠上的负偏压调节至60V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积碳基工作层，且时间为240min。
采用POD针盘式摩擦磨损试验机对经过上述六个步骤处理后的滚珠进行摩擦磨损实验，检测滚珠的摩擦磨损性能。经检验，精密轴承用滚珠表面碳基薄膜的摩擦系数为0.21。
实施例3：
1、滚珠预处理
（1）对滚珠表面进行清洗，采用酒精超声波清洗10min；
（2）取出经上述步骤（1）处理后的滚珠，烘干后放入盛有丙酮的烧杯中，采用丙酮超声波清洗的方式清洗10min；
（3）取出经上述步骤（2）处理的滚珠后用热空气烘干，得到干燥、无油、无蜡的干净滚珠；
2、滚珠镀膜前期准备
（1）将干净的滚珠放入滚珠托盘中，将精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置放入放置有纯铬和纯石墨靶材的真空腔中，保证托盘平面与靶材中心位置垂直，旋转基座试运行，看滚珠是否在托盘中正常运动；其中，靶材与托盘的距离为60mm，工作时中心轴转速为3r/min，工作盘上下振动幅度为20mm；
（2）关闭真空腔腔门，对真空腔进行抽真空处理，直至真空腔气压达到6.0×10-2～6.0×10-3Pa；
3、溅射清洗
（1）向真空腔中通入氩气，保持此时的工作气压为0.5Pa；
（2）在纯铬靶上施加0.5A的电流，在滚珠上施加400V的负偏压，脉冲宽度为0.5μs，脉冲频率为50KHz；对钢珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为30min；
4、沉积纯铬打底层
（1）保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.5Pa；
（2）将纯铬靶上的电流调节至2.5A，将滚珠上的负偏压调节至150V，脉冲宽度为0.5μs、脉冲频率为50KHz，进行沉积纯铬打底层，且时间为10min；
5、沉积过渡层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.5Pa；
（2）将纯铬靶电流缓慢调节至0.2A，将石墨靶电流调节至1.5A，同时将施加在滚珠上的负偏压调节至120V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积过渡层，且时间为20min；
6、沉积碳基工作层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.5Pa；
（2）保持纯铬靶上电流为0.2A、石墨靶上的电流为1.5A，将施加在滚珠上的负偏压调节至60V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积碳基工作层，且时间为280min。
采用POD针盘式摩擦磨损试验机对经过上述六个步骤处理后的滚珠进行摩擦磨损实验，检测滚珠的摩擦磨损性能。经检验，精密轴承用滚珠表面碳基薄膜的摩擦系数为0.20。
实施例4：
1、滚珠预处理
（1）对滚珠表面进行清洗，采用酒精超声波清洗10min；
（2）取出经上述步骤（1）处理后的滚珠，烘干后放入盛有丙酮的烧杯中，采用丙酮超声波清洗的方式清洗10min；
（3）取出经上述步骤（2）处理的滚珠后用热空气烘干，得到干燥、无油、无蜡的干净滚珠；
2、滚珠镀膜前期准备
（1）将干净的滚珠放入滚珠托盘中，将精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置放入放置有纯铬和纯石墨靶材的真空腔中，保证托盘平面与靶材中心位置垂直，旋转基座试运行，看滚珠是否在托盘中正常运动；其中，靶材与托盘的距离为60mm，工作时中心轴转速为3r/min，工作盘上下振动幅度为20mm；
（2）关闭真空腔腔门，对真空腔进行抽真空处理，直至真空腔气压达到6.0×10-～6.0×10-3Pa；
3、溅射清洗
（1）向真空腔中通入氩气，保持此时的工作气压为0.6Pa；
（2）在纯铬靶上施加0.3A的电流，在滚珠上施加400V的负偏压，脉冲宽度为0.5μs，脉冲频率为50KHz；对钢珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为30min；
4、沉积纯铬打底层
（1）保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.6Pa；
（2）将纯铬靶上的电流调节至2.5A，将滚珠上的负偏压调节至150V，脉冲宽度为0.5μs、脉冲频率为50KHz，进行沉积纯铬打底层，且时间为10min；
5、沉积过渡层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1Pa；
（2）将纯铬靶电流缓慢调节至0.2A，将石墨靶电流调节至2A，同时将施加在滚珠上的负偏压调节至120V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积过渡层，且时间为20min；
6、沉积碳基工作层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.6Pa；
（2）保持纯铬靶上电流为0.2A、石墨靶上的电流为2A，将施加在滚珠上的负偏压调节至60V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积碳基工作层，且时间为200min。
采用POD针盘式摩擦磨损试验机对经过上述六个步骤处理后的滚珠进行摩擦磨损实验，检测滚珠的摩擦磨损性能。经检验，精密轴承用滚珠表面碳基薄膜的摩擦系数为0.17。
实施例5：
1、滚珠预处理
（1）对滚珠表面进行清洗，采用酒精超声波清洗10min；
（2）取出经上述步骤（1）处理后的滚珠，烘干后放入盛有丙酮的烧杯中，采用丙酮超声波清洗的方式清洗10min；
（3）取出经上述步骤（2）处理的滚珠后用热空气烘干，得到干燥、无油、无蜡的干净滚珠；
2、滚珠镀膜前期准备
（1）将干净的滚珠放入滚珠托盘中，将精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置放入放置有纯铬和纯石墨靶材的真空腔中，保证托盘平面与靶材中心位置垂直，旋转基座试运行，看滚珠是否在托盘中正常运动；其中，靶材与托盘的距离为60mm，工作时中心轴转速为3r/min，工作盘上下振动幅度为20mm；
（2）关闭真空腔腔门，对真空腔进行抽真空处理，直至真空腔气压达到6.0×10-2～6.0×10-3Pa；
3、溅射清洗
（1）向真空腔中通入氩气，保持此时的工作气压为0.6Pa；
（2）在纯铬靶上施加0.3A的电流，在滚珠上施加400V的负偏压，脉冲宽度为0.5μs，脉冲频率为50KHz；对钢珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为30min；
4、沉积纯铬打底层
（1）保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.6Pa；
（2）将纯铬靶上的电流调节至2.5A，将滚珠上的负偏压调节至150V，脉冲宽度为0.5μs、脉冲频率为50KHz，进行沉积纯铬打底层，且时间为10min；
5、沉积过渡层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1Pa；
（2）将纯铬靶电流缓慢调节至0.2A，将石墨靶电流调节至2.5A，同时将施加在滚珠上的负偏压调节至120V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积过渡层，且时间为20min；
6、沉积碳基工作层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.6Pa；
（2）保持纯铬靶上电流为0.2A、石墨靶上的电流为2.5A，将施加在滚珠上的负偏压调节至60V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积碳基工作层，且时间为200min。
采用POD针盘式摩擦磨损试验机对经过上述六个步骤处理后的滚珠进行摩擦磨损实验，检测滚珠的摩擦磨损性能。经检验，精密轴承用滚珠表面碳基薄膜的摩擦系数为0.17。
实施例6：
1、滚珠预处理
（1）对滚珠表面进行清洗，采用酒精超声波清洗10min；
（2）取出经上述步骤（1）处理后的滚珠，烘干后放入盛有丙酮的烧杯中，采用丙酮超声波清洗的方式清洗10min；
（3）取出经上述步骤（2）处理的滚珠后用热空气烘干，得到干燥、无油、无蜡的干净滚珠；
2、滚珠镀膜前期准备
（1）将干净的滚珠放入滚珠托盘中，将精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置放入放置有纯铬和纯石墨靶材的真空腔中，保证托盘平面与靶材中心位置垂直，旋转基座试运行，看滚珠是否在托盘中正常运动；其中，靶材与托盘的距离为60mm，工作时中心轴转速为3r/min，工作盘上下振动幅度为20mm；
（2）关闭真空腔腔门，对真空腔进行抽真空处理，直至真空腔气压达到6.0×10-2～6.0×10-3Pa；
3、溅射清洗
（1）向真空腔中通入氩气，保持此时的工作气压为0.6Pa；
（2）在纯铬靶上施加0.3A的电流，在滚珠上施加400V的负偏压，脉冲宽度为0.5μs，脉冲频率为50KHz；对钢珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为30min；
4、沉积纯铬打底层
（1）保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.6Pa；
（2）将纯铬靶上的电流调节至1.5A，将滚珠上的负偏压调节至150V，脉冲宽度为0.5μs、脉冲频率为50KHz，进行沉积纯铬打底层，且时间为15min；
5、沉积过渡层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.8Pa；
（2）将纯铬靶电流缓慢调节至0.2A，将石墨靶电流调节至2.5A，同时将施加在滚珠上的负偏压调节至120V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积过渡层，且时间为20min；
6、沉积碳基工作层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.8Pa；
（2）保持纯铬靶上电流为0.2A、石墨靶上的电流为2.5A，将施加在滚珠上的负偏压调节至60V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积碳基工作层，且时间为280min。
采用POD针盘式摩擦磨损试验机对经过上述六个步骤处理后的滚珠进行摩擦磨损实验，检测滚珠的摩擦磨损性能。经检验，精密轴承用滚珠表面碳基薄膜的摩擦系数为0.13。
实施例7：
1、滚珠预处理
（1）对滚珠表面进行清洗，采用酒精超声波清洗10min；
（2）取出经上述步骤（1）处理后的滚珠，烘干后放入盛有丙酮的烧杯中，采用丙酮超声波清洗的方式清洗10min；
（3）取出经上述步骤（2）处理的滚珠后用热空气烘干，得到干燥、无油、无蜡的干净滚珠；
2、滚珠镀膜前期准备
（1）将干净的滚珠放入滚珠托盘中，将精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置放入放置有纯铬和纯石墨靶材的真空腔中，保证托盘平面与靶材中心位置垂直，旋转基座试运行，看滚珠是否在托盘中正常运动；其中，靶材与托盘的距离为60mm，工作时中心轴转速为3r/min，工作盘上下振动幅度为20mm；
（2）关闭真空腔腔门，对真空腔进行抽真空处理，直至真空腔气压达到6.0×10-2～6.0×10-3Pa；
3、溅射清洗
（1）向真空腔中通入氩气，保持此时的工作气压为0.6Pa；
（2）在纯铬靶上施加0.5A的电流，在滚珠上施加400V的负偏压，脉冲宽度为0.5μs，脉冲频率为50KHz；对钢珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为30min；
4、沉积纯铬打底层
（1）保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.6Pa；
（2）将纯铬靶上的电流调节至3.5A，将滚珠上的负偏压调节至150V，脉冲宽度为0.5μs、脉冲频率为50KHz，进行沉积纯铬打底层，且时间为10min；
5、沉积过渡层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1Pa；
（2）将纯铬靶电流缓慢调节至0.2A，将石墨靶电流调节至2.5A，同时将施加在滚珠上的负偏压调节至120V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积过渡层，且时间为20min；
6、沉积碳基工作层
（1）保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.6Pa；
（2）保持纯铬靶上电流为0.2A、石墨靶上的电流为2.5A，将施加在滚珠上的负偏压调节至60V，脉冲宽度为1.4μs、脉冲频率为250KHz，进行沉积碳基工作层，且时间为240min。
采用POD针盘式摩擦磨损试验机对经过上述六个步骤处理后的滚珠进行摩擦磨损实验，检测滚珠的摩擦磨损性能。经检验，精密轴承用滚珠表面碳基薄膜的摩擦系数为0.14。
在精密轴承的滚珠上进行镀碳基薄膜处理后，滚珠的摩擦系数明显减小，转速对精密轴承振动的影响明显减小，滚珠的减摩延寿性能增强。
Claims (4)
1.一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置，包括底座、拉簧、转轴、滚轮轴、滚轮和托盘，在所述底座上设有竖向放置的转轴，在所述转轴的上方设有放置轴承钢球的托盘，在所述托盘与转轴之间设有支撑钢球，在所述托盘与底座之间设有四根拉簧，在所述转轴的上部设有滚轮轴，在所述滚轮轴的自由端设有滚轮，所述滚轮外壁与托盘的底部接触并使得托盘倾斜设置，其特征是，在所述托盘顶部凹槽内均匀设置有若干固定柱，且所述托盘顶部凹槽为研磨镜面。
2.根据权利要求1所述的一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置，其特征是，所述固定柱的直径为2mm，高度为5mm。
3.根据权利要求2所述的一种精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置，其特征是，所述托盘顶部的表面粗糙度不大于0.01。
4.一种利用权利要求1至3中任一所述的精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置进行精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜的方法，其特征是，包括以下步骤，
（1）滚珠预处理
①先后使用酒精和丙酮对滚珠表面进行清洗，且清洗时间均为10min；
②对经过步骤①处理后的滚珠进行干燥处理，得到干燥、无油、无蜡的干净滚珠；
（2）滚珠镀膜前期准备
①将干净的滚珠放入滚珠托盘中，将权利要求1至3中任一所述的精密轴承用滚珠微弧离子镀碳基薄膜装置放入磁控溅射离子镀真空腔中，并保证滚珠托盘平面与靶材中心位置垂直、滚珠能在滚珠托盘中正常运动；
②关闭真空腔腔门，对真空腔进行抽真空处理，直至真空腔气压达到6.0×10-2～6.0×10-3Pa；
（3）溅射清洗
①向真空腔中通入氩气8～80sccm，保持此时的工作气压为0.1～0.8Pa；
②在纯铬靶上施加0.02～0.5A的电流，在滚珠上施加300～500V的负偏压，脉冲宽度0.2～5μs，脉冲频率50～300KHz；对滚珠进行溅射清洗，溅射清洗时间为4～50min；
（4）沉积纯铬打底层
①保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1～0.9Pa；
②将纯铬靶上电流调节至0.2～10A，同时将滚珠上的负偏压调节至0～150V，脉冲宽度为0.2～5μs、脉冲频率为50～300KHz，进行沉积纯铬打底层，且时间为1～20min；
（5）沉积过渡层
①保持真空腔中Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1～0.9Pa；
②将纯铬靶上电流缓慢调节至0.02～2A，同时将石墨靶电流调节至0.8～5A，将施加在滚珠上的负偏压调节至0～150V，脉冲宽度为0.2～5μs、脉冲频率为50～300KHz，进行沉积过渡层处理，且时间为5～60min；
（6）沉积碳基工作层
①保持真空腔中的Ar流量，并保持真空腔中的工作气压为0.1～0.9Pa；
②保持纯铬靶和石墨靶上的电流分别与步骤（5）中的电流值相等，将施加在滚珠上的负偏压调节至0～120V，脉冲宽度为0.2～5μs、脉冲频率为50～300KHz，进行沉积碳基工作层，且时间为60～280min。
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