一种耐辐照低摩擦的复合薄膜及其制备方法与应用

本发明属于表面润滑薄膜材料，具体涉及一种耐辐照低摩擦的复合薄膜及其制备方法与应用。

背景技术：

1、航天器运动部件长期服役在富含原子氧的极端环境之中，因此需要设计出能够在原子氧辐照下具有优异润滑性能的二硫化钼薄膜，以延长运动部件的服役寿命。传统的二硫化钼薄膜在原子氧辐照下容易发生氧化，从而提前影响薄膜的质量，甚至失效。因此，提供高薄膜的耐辐照性、降低薄膜的摩擦学性能是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种耐辐照低摩擦的复合薄膜及其制备方法与应用，以克服现有技术的不足。

2、为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

3、本发明实施例提供了一种耐辐照低摩擦的复合薄膜，其包括：依次形成于基底表面的钛过渡层、钛/锌/二硫化钼/碳化钨梯度过渡层及锌/二硫化钼/碳化钨层；

4、其中，在沿逐渐远离所述基底的方向上，所述钛/锌/二硫化钼/碳化钨梯度过渡层中钛的含量逐渐减小，锌的含量逐渐增大，二硫化钼的含量逐渐增大，碳化钨的含量逐渐增大；同时在沿逐渐远离所述基底的方向上，所述锌/二硫化钼/碳化钨层中锌、二硫化钼、碳化钨是均匀分布的。

5、本发明实施例还提供了前述的耐辐照低摩擦的复合薄膜的制备方法，其包括：采用磁控溅射技术在基底表面依次沉积钛过渡层、钛/锌/二硫化钼/碳化钨梯度过渡层及锌/二硫化钼/碳化钨层，从而制得耐辐照低摩擦的复合薄膜。

6、本发明实施例还提供了前述的耐辐照低摩擦的复合薄膜在航空航天器件表面防护领域中的用途。

7、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

8、(1)本发明提供的耐辐照低摩擦的复合薄膜具有良好的基底结合强度、力学性能，并有效提高了薄膜的摩擦学性能，能够满足航空航天器件低摩擦及润滑稳定的服役要求；

9、(2)本发明提供的耐辐照低摩擦的复合薄膜在原子氧辐照下仍具有良好的摩擦磨损性能，具有良好的环境适应性；

10、(3)本发明提供的制备方法过程绿色、经济、可控，适合大面积规模化生产。

技术特征：

1.一种耐辐照低摩擦的复合薄膜，其特征在于，包括：依次形成于基底表面的钛过渡层、钛/锌/二硫化钼/碳化钨梯度过渡层及锌/二硫化钼/碳化钨层；

2.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于：所述锌/二硫化钼/碳化钨层中锌原子含量为1.87～4.69at.％；

3.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于：所述钛过渡层的厚度为100～300nm；和/或，所述钛/锌/二硫化钼/碳化钨梯度过渡层的厚度为1 00～300nm；和/或，所述锌/二硫化钼/碳化钨层的厚度为1.2～1.6μm；和/或，所述复合薄膜的厚度为1.7～2.0μm；

4.根据权利要求1所述的复合薄膜，其特征在于：所述复合薄膜在真空环境下的摩擦系数为0.007～0.015，磨损率为1.2～1.6×10-7mm3/n·m；

5.如权利要求1-4中任一项所述的耐辐照低摩擦的复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括：采用磁控溅射技术在基底表面依次沉积钛过渡层、钛/锌/二硫化钼/碳化钨梯度过渡层及锌/二硫化钼/碳化钨层，从而制得耐辐照低摩擦的复合薄膜。

6.根据权利要求5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，对基底施加负偏压，从而在基底表面沉积形成钛过渡层，其中，靶电流为2.0～5.0a，基底偏压为-50～-100v，工作气体流量为12～18sccm，基底温度为80～120℃，反应腔室内的压强为1.0～3.0×10-1pa，沉积时间为600～1200s。

7.根据权利要求5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、锌靶、二硫化钼靶、碳化钨靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对钛靶、锌靶、二硫化钼靶和碳化钨靶施加靶电流，对基底施加负偏压，从而在所述钛过渡层的表面沉积形成钛/锌/二硫化钼/碳化钨梯度过渡层；其中，施加于钛靶上的靶电流从2.0～5.0a逐渐减小至0，施加于锌靶的靶电流从0逐渐增加至0.2～1.0a，施加于二硫化钼靶的靶电流从0逐渐增加至0.8～2.0a，施加于碳化钨靶的靶电流从0逐渐增加至0.6～1.0a，基底偏压为-30～-70v，工作气体的流量为12～18sccm，基底温度为80～120℃，反应腔室的压强为1.0～3.0×10-1pa，沉积时间为600～1200s。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，具体包括：采用磁控溅射技术，以锌靶、二硫化钼靶和碳化钨靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对锌靶、二硫化钼靶和碳化钨靶施加靶电流，对基底施加负偏压，从而在所述钛/锌/二硫化钼/碳化钨梯度过渡层的表面沉积形成锌/二硫化钼/碳化钨层；其中，施加于锌靶上的靶电流为0.3～1.0a，施加于二硫化钼靶的靶电流为0.8～2.0a，施加于碳化钨靶上的靶电流为0.6～1.0a，基底偏压为-30～-70v，工作气体的流量为12～18sccm，基底温度为80～120℃，反应腔室的压强为1.0～3.0×10-1pa，沉积时间为6000～8000s。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，还包括：将反应腔室的真空度抽至1.0～3.0×10-3pa以下，先对基底进行等离子体刻蚀处理，所述等离子体刻蚀处理包括：对基底施加-400～-500v的偏压，基底温度为100～150℃，刻蚀时间为1200～1800s。

10.权利要求1-4中任一项所述的耐辐照低摩擦的复合薄膜在航空航天器件表面防护领域中的用途。

技术总结本发明公开了一种耐辐照低摩擦的复合薄膜及其制备方法与应用。所述复合薄膜包括依次形成于基底表面的钛过渡层、钛/锌/二硫化钼/碳化钨梯度过渡层及锌/二硫化钼/碳化钨层；其中，在沿逐渐远离所述基底的方向上，所述钛/锌/二硫化钼/碳化钨梯度过渡层中钛的含量逐渐减小，锌的含量逐渐增大，二硫化钼的含量逐渐增大，碳化钨的含量逐渐增大。本发明的复合薄膜具有优异的耐辐照性能和摩擦学性能，在6.12×10<supgt;21</supgt;atoms·cm<supgt;‑2</supgt;的原子氧辐照剂量下薄膜的真空摩擦系数远低于0.01，可以满足航天器在近地轨道原子氧环境的服役要求，为二硫化钼基薄膜的制备工艺提供科学依据和理论支撑。技术研发人员：蒲吉斌,朱千业,史彦斌受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/14