一种记忆合金复合固体润滑薄膜材料及其制备方法和应用

本发明涉及固体润滑，尤其涉及一种记忆合金复合固体润滑薄膜材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着空间探测的迅速发展和各种新型精密航空航天器的开发应用，对于核心部件机械润滑性能的要求越来越高，设计制备具有高稳定、长寿命和智能化的润滑薄膜势在必行。形状记忆合金(shape memoryalloys,smas)是一种具有形状记忆效应，能够在应力或者加热条件下发生可逆相变的由两种或两种以上金属元素构成的材料。形状记忆合金同时具有超弹性，能够在外力作用下恢复自身的形状而不疲劳变形。固体润滑薄膜(solidlubricating films,slfs)能够有效减少运动机构对偶之间的磨损的有效方式，是保证空间运动部件稳定运行的关键。利用形状记忆合金的超弹性增强固体润滑薄膜屈服回弹的能力，使其润滑性能提升的同时能够对载荷产生智能响应，是一种制备智能固体润滑薄膜材料的有效方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种记忆合金复合固体润滑薄膜材料及其制备方法和应用。所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料具有较高的摩擦学性能(真空环境中)的同时，还具有智能响应性。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种记忆合金复合固体润滑薄膜材料，制备原料包括形状记忆合金和层状过渡金属二硫族化合物；

4、所述形状记忆合金和层状过渡金属二硫族化合物的质量比为(1～30)：100。

5、优选的，所述形状记忆合金为au-cd、ag-cd、cu-zn、cu-zn-al、cu-zn-sn、cu-zn-si、cu-sn、cu-zn-ga、in-ti、au-cu-zn、nial、fe-pt、ti-ni、ti-ni-pd、ti-nb、u-nb或fe-mn-si。

6、优选的，所述层状过渡金属二硫族化合物的化学组成为：mx2，其中，m为ⅳ～ⅵ族过渡金属，x为硫族元素。

7、优选的，所述m为w和/或mo；

8、所述x为s和/或se。

9、优选的，所述形状记忆合金和层状过渡金属二硫化合物的结构为多晶、微晶、非晶、准晶和纳米晶中的一种或几种。

10、本发明还提供了上述技术方案所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：

11、通过物理气相沉积的方法，在基底表面同时溅射形状记忆合金靶材和层状过渡金属二硫族靶材，得到所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料。

12、优选的，所述物理气相沉积的方法为磁控溅射镀膜、射频溅射镀膜、直流溅射镀膜、真空蒸镀、电弧等离子体镀膜或离子镀膜。

13、优选的，所述物理气相沉积的气相沉积功率为10～600w，腔室气压为0.1～20pa，偏压为0～-500v，时间为5～60min；

14、所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料的厚度为0.3～5.0μm。

15、优选的，所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料的复合方式为掺杂复合或多层复合。

16、本发明还提供了上述技术方案所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料或上述技术方案所述制备方法制备得到的记忆合金复合固体润滑薄膜材料在固体润滑领域中的应用。

17、本发明提供了一种记忆合金复合固体润滑薄膜材料，制备原料包括形状记忆合金和层状过渡金属二硫族化合物；所述形状记忆合金和层状过渡金属二硫族化合物的质量比为(1～30)：100。本发明在记忆合金复合固体润滑薄膜材料中通过形状记忆合金掺杂过渡金属二硫族化合物，可以降低薄膜表面粗糙度，增加薄膜的弹性回复能力和抗黏着能力，提升复合固体润滑薄膜在真空环境中的摩擦学性能，同时赋予了薄膜一定的智能性。根据实施例的记载，本发明所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料在真空环境中的摩擦系数低于0.05，润滑寿命高于5.0×105r，在润滑的初始阶段，薄膜的摩擦系数低于0.01，且随着载荷的增加而增加，该材料在空间润滑领域有一定的应用前景。

技术特征：

1.一种记忆合金复合固体润滑薄膜材料，其特征在于，制备原料包括形状记忆合金和层状过渡金属二硫族化合物；

2.如权利要求1所述的记忆合金复合固体润滑薄膜材料，其特征在于，所述形状记忆合金为au-cd、ag-cd、cu-zn、cu-zn-al、cu-zn-sn、cu-zn-si、cu-sn、cu-zn-ga、in-ti、au-cu-zn、nial、fe-pt、ti-ni、ti-ni-pd、ti-nb、u-nb或fe-mn-si。

3.如权利要求1所述的记忆合金复合固体润滑薄膜材料，其特征在于，所述层状过渡金属二硫族化合物的化学组成为：mx2，其中，m为ⅳ～ⅵ族过渡金属，x为硫族元素。

4.如权利要求1所述的记忆合金复合固体润滑薄膜材料，其特征在于，所述m为w和/或mo；

5.如权利要求1～4任一项所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料，其特征在于，所述形状记忆合金和层状过渡金属二硫化合物的结构为多晶、微晶、非晶、准晶和纳米晶中的一种或几种。

6.权利要求1～5任一项所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述物理气相沉积的方法为磁控溅射镀膜、射频溅射镀膜、直流溅射镀膜、真空蒸镀、电弧等离子体镀膜或离子镀膜。

8.如权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，所述物理气相沉积的气相沉积功率为10～600w，腔室气压为0.1～20pa，偏压为0～-500v，时间为5～60min；

9.如权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料的复合方式为掺杂复合或多层复合。

10.权利要求1～5任一项所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料或权利要求6～9任一项所述制备方法制备得到的记忆合金复合固体润滑薄膜材料在固体润滑领域中的应用。

技术总结本发明涉及固体润滑技术领域，尤其涉及一种记忆合金复合固体润滑薄膜材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种记忆合金复合固体润滑薄膜材料，制备原料包括形状记忆合金和层状过渡金属二硫族化合物；所述形状记忆合金和层状过渡金属二硫族化合物的质量比为(1～30)：100。所述记忆合金复合固体润滑薄膜材料具有较优的摩擦学性能(真空环境中)的同时，还具有智能响应性。技术研发人员：何军,叶青林,孙嘉奕,胡明,王德生,高晓明,李兆旺,姜栋,伏彦龙,刘志鲁,王琴琴,郭龙帮,赵旭,杨军,翁立军受保护的技术使用者：中国科学院兰州化学物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/5/6