專利名稱：一種自潤滑金屬材料的制作方法
技術領域：
本發明屬于金屬材料領域，尤其涉及一種自潤滑金屬材料。
背景技術：
目前工業上普遍使用液體潤滑劑，涂覆在器械的金屬表面用于潤滑。隨著科學技 術的發展和機器種類的增加，油脂類潤滑劑常常難以達到要求，主要因為油脂類潤滑劑在 高溫的情況下難以持久地發揮作用，甚至失去效果。近30年來，國際上對固體潤滑材料的研究和生產十分重視，在二次大戰期間，美 國就開始研究開發固體潤滑項目，如研制出MoS2固體潤滑涂層。到50年代，美國制定了二 硫化鉬的美國軍用標準，并將其作為軍事秘密。60年代，陶瓷粘結二硫化鉬膜和金屬自潤滑 復合材料的開發，使得超音速飛機RS-70問世。隨后，在汽車行業等新興的產業部門及生產 技術領域中都在逐漸應用固體潤滑。世界上目前所用的固體潤滑方法主要有石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯、尼龍等。 但這些材料與金屬的結合力弱，極易磨損，同時不耐高溫，二硫化鉬經常要與粘結劑一同使 用，這些缺點大大限制了他們的使用范圍。80 年代美國 Stanford University 的 Robert. D. Nelson 博士首先開發出 WS2 ( 二 硫化鎢)固體潤滑技術，用于太空探索，這種產品在嚴酷的星際環境中，均能提供優異的潤 滑效果，可以減少運動部件的磨擦和延長使用壽命。1984年，MSC公司獲得該技術的使用權并將此技術引入到一般工業領域中，以減 少運動部件的磨擦、降低磨損，延長使用壽命。但美國MSC公司的WS2固體潤滑膜仍然存在一些缺點限制了它的更廣泛的使用。 由于膜層結構與基體結合的方式原因，使得潤滑層與基體結合力低，運動部件潤滑面在載 荷較大時容易磨損，同時耐腐蝕性不強，并且設備投資大，價格過高，限制了它的發展。
發明內容
為提供一種新型的自潤滑金屬材料，用以制作耐負荷，耐磨損，耐腐蝕，耐高溫，且 生產成本低的器械運動部件，本發明通過以下技術方案實現提供一種自潤滑金屬材料，由固體潤滑膜層和金屬基材組成，所述的固體潤滑膜 層主要成分為WS2 ( 二硫化鎢)；以物理氣相沉積技術中的射頻濺射方式，將WS2固體潤滑材 料沉積于所述的金屬表面，形成披覆層(1)。所述的固體潤滑膜層還包括TiN(氮化鈦)層或DLC(類金剛石)層，位于 滑膜層與金屬基材之間。 所述的TiN層以MEVVA源離子注入技術(金屬蒸汽真空弧離子源技術)，結合到金 屬基體表面，形成潤滑膜基底層。所述的WS2披覆層(1)厚度為0. 1 μ m-2 μ m，優選厚度為0. 5 μ m。所述的基底層⑵厚度為0. OOlym-O. 01 μ m，優選厚度范圍為0.005 μ m。
所述的金屬基材為鋁、鋼、銅；所述的鋼優選為45#鋼、模具鋼、不銹鋼或合金鋼。本發明提供的采用MEVVA源離子注入技術改性材料表面后，再使用PVD中的RF射 頻濺射工藝制造WS2自潤滑金屬材料，解決了美國Robert. D. Nelson博士和MSC公司所遇 到的WS2潤滑層與基體結合力低，易磨損，耐腐蝕不強的缺陷。該固體潤滑膜在650°C的高 溫和-273度的低溫下均能保持優異的潤滑效果。WS2膜還具有非常低的摩擦系數(0.03)。 故結合該固體潤滑膜的自潤滑金屬材料具有耐負荷，耐磨損，耐腐蝕，耐高溫的優異性能； 適于各種常用和極端環境中運動部件的制作。
圖1 :自潤滑金屬材料表面剖面圖
具體實施例方式實施例1:以不銹鋼作為基材，首先進行超聲波清洗，然后用物理氣相沉積技術中的射頻 濺射方式，將WS2固體潤滑材料沉積于所述的金屬表面，厚度為0. 5 μ m。所得的自潤滑 不銹鋼材料表面的摩擦系數為0.0355，具有優異的減磨耐磨性能。鍍膜前后磨損率從 2. 486X10-5g/m 降低為 0. 399X 10_5g/m.，摩擦系數從 0. 29 降低到 0. 0355。實施例2:以模具鋼為基材3，首先進行超聲波清洗，隨后以MEVVA源離子注入技術(金屬蒸 汽真空弧離子源技術)，將TiN結合到金屬基體表面，形成硬度高的潤滑膜基底層2，厚度為 0. 005 μ m。然后在TiN涂層上，以物理氣相沉積技術中的射頻濺射方式，覆上WS2涂層1，厚 度為0. 8 μ m。得到的自潤滑模具鋼有TiN硬度高及防腐效果好，和WS2的潤滑，耐高溫和低 摩擦系數綜合功能。并且由于雙層潤滑覆合層的加工厚度為微米級，可以滿足模具和加工 零件之間的配合公差，降低加工成本，適于各種耐磨模具的加工制作。實施例3:以銅為基材，首先進行超聲波清洗，隨后以MEVVA源離子注入技術(金屬蒸汽真 空弧離子源技術)，將DLC結合到金屬基體表面，形成硬度高的潤滑膜基底層2，厚度為 0. 005 μ m。然后在DLC涂層上，以物理氣相沉積技術中的射頻濺射方式，覆上WS2涂層1，厚 度為0. 8 μ m。得到的自潤滑模具鋼有TiN硬度高及防腐效果好，和WS2的潤滑低摩擦系數 綜合功能。適于各種耐磨運動部件的加工制作。
權利要求
一種自潤滑金屬材料，由固體潤滑膜層和金屬基材組成，其特征在于，所述的固體潤滑膜層主要成分為WS2；以物理氣相沉積技術中的射頻濺射方式，將WS2固體潤滑材料沉積于所述的金屬表面，形成披覆層(1)。
2.如權利要求1或2所述的自潤滑金屬材料，其特征在于，所述的固體潤滑膜層還包括 TiN層或DLC層，位于WS2潤滑膜層與金屬基材之間。
3.如權利要求3所述的自潤滑金屬材料，其特征在于，所述的TiN層以MEVVA源離子注 入技術，結合到金屬基體表面，形成潤滑膜基底層(2)。
4.如權利要求1或2所述的自潤滑金屬材料，其特征在于，所述的WS2披覆層(1)厚度 ^J 0. 1 μ m-2 μ m。
5.如權利要求5所述的自潤滑金屬材料，其特征在于，所述的WS2層(1)厚度為 0. 5 μ m0
6.如權利要求3所述的自潤滑金屬材料，其特征在于，所述的基底層(2)厚度為 0. 001 μ m-o. 01 μ Hio
7.如權利要求7所述的自潤滑金屬材料，其特征在于，所述的基底層(2)厚度為 0. 005 μ Hio
8.如權利要求1所述的自潤滑金屬材料，其特征在于，所述的金屬基材為鋁、鋼或銅。
9.如權利要求9所述的自潤滑金屬材料，其特征在于，所述的鋼可以是45#鋼、模具鋼、 不銹鋼或合金鋼。
全文摘要
本發明公開了一種自潤滑金屬材料。該材料通過以采用MEVVA源離子注入技術，在金屬材料表面披覆基底層后；再使用PVD中的RF射頻濺射工藝，在加工的金屬材料表面披覆WS2潤滑層。利用本發明得到的自潤滑金屬材料耐負荷，耐腐蝕，耐磨損，耐高溫，適于各種常用和極端環境中運動部件的制作。
文檔編號B32B9/04GK101885250SQ2009100510
公開日2010年11月17日 申請日期2009年5月12日 優先權日2009年5月12日
發明者劉芳, 汪鴻濤 申請人:比爾安達(上海)潤滑材料有限公司