航天器運動部件表面的摻硅類金剛石膜層以及結合到航天器運動部件表面的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于金屬零部件表面保護材料技術領域，具體涉及一種航天器運動部件表面的摻硅類金剛石膜層，并且還涉及將該摻硅類金剛石膜層結合到航天器運動部件表面的方法。
【背景技術】
[0002]前述的類金剛石膜層即為類金剛石薄膜，通常被人們稱為DLC (英文縮寫)薄膜，它是一種性質近似于金剛石的具有硬度高、耐磨性能優異等特點的基體增強保護層。
[0003]前述的航天器運動部件的典型的例子如作為傳動裝置的結構體系的軸承、渦輪蝸桿、諧波減速器和齒輪等等。在軸承和齒輪之類的運動部件的表面結合具有優異硬度的膜層如由氮化物材料擔當的硬質耐磨膜層在一定程度上可以提高軸承和齒輪的耐磨損能力而藉以延長使用壽命并且保障運動的可靠性和穩定性，但是由于氮化物類材料并不具有潤滑性能，因而其效果并不能達到業界之預期。在真空環境下具有極致的耐磨減摩性能的硬質材料長期以來受到人們的關注，并且期望應用于航天器的運動部件，下面將要介紹的技術方案便是在這種背景下產生的。
【發明內容】
[0004]本發明的任務在于提供一種既具有理想的潤滑性能又具有優異的耐磨損性能而藉以顯著增進運動部件的表面綜合性能并提高運動的可靠性與穩定性以及延長使用壽命的航天器運動部件表面的摻硅類金剛石膜層。
[0005]本發明的另任務在于提供一種將摻硅類金剛石膜層結合到航天器運動部件表面的方法，該方法工藝步驟簡練，工藝參數易控并且能保障所述運動部件的表面綜合性能的全面體現。
[0006]本發明的任務是這樣來完成的，一種航天器運動部件表面的摻硅類金剛石膜層，包括在使用狀態下結合到航天器運動部件基體的表面的基底層、結合于基底層的表面的梯度過渡層和結合于梯度過渡層的表面的類金剛石鍍膜層，特征在于:所述的基底層為鈦層，所述的梯度過渡層為鈦和硅梯度過渡層，所述的類金剛石鍍膜層為摻硅類金剛石膜層。
[0007]在本發明的一個具體的實施例中，所述的鈦層的厚度小于所述的鈦和硅梯度過渡層的厚度，而鈦和硅梯度過渡層的厚度小于所述摻硅類金剛石膜層的厚度。
[0008]在本發明的另一個具體的實施例中，所述鈦層的厚度為0.08-0.12 μm ;所述的鈦和硅梯度過渡層的厚度為0.3-0.5 μπι ;所述的摻硅類金剛石膜層的厚度為1-5 μm。
[0009]本發明的任務是這樣來完成的，一種航天器運動部件表面的摻硅類金剛石膜層結合到航天器運動部件表面的方法，包括以下步驟:
A)清洗，先后采用不同的清洗介質并且利用超聲波清洗裝置對航天器運動部件基體I的表面依次進行超聲波清洗，得到清潔基體； B)加熱并抽真空，將由步驟A)得到的清潔基體引入真空濺射鍍膜機中并且在加熱狀態下抽真空，控制加熱的溫度和控制抽真空的真空度；
C)再次清洗，向由步驟B)中所述的真空濺射鍍膜機中引入氬氣并開啟等離子體源對處于抽真空狀態的所述清潔基體表面進行轟擊清洗，控制等離子體源的電流和電壓以及控制轟擊清洗的時間，得到轟擊清洗基體；
D)沉積基底層，向步驟C)所述的真空濺射鍍膜機中通入氬氣并在真空度處于KT1Pa的狀態下開啟濺射鈦鈀，在所述轟擊清洗基體表面沉積鈦層，并且控制沉積鈦層的工藝參數，得到表面結合有以鈦層為基底層的航天器運動部件基體；
E)沉積梯度過渡層，向步驟D)所述真空濺射鍍膜機中引入氬氣，并且控制氬氣的流量，同時開啟磁控濺射鈦靶和磁控濺射硅靶，對由步驟D)所述的鈦層的表面沉積鈦和硅梯度過渡層，并且控制磁控濺射鈦靶和磁控濺射硅靶的工藝參數，得到在表面依次結合有鈦層以及鈦和硅梯度過渡層的航天器運動部件基體；
F)沉積類金剛石鍍膜層，開啟硅靶，在步驟E)所述的鈦和硅梯度過渡層的表面形成摻硅類金剛石膜層，并且在開啟硅靶的同時向步驟E)所述的真空濺射鍍膜機中引入氬氣和乙炔氣體，控制氬氣和乙炔氣體的流量以及控制摻硅類金剛石膜層形成于所述鈦和硅梯度過渡層的表面的工藝參數，得到在表面依次結合有由鈦層充當的基底層、由鈦和硅梯度過渡層充當的梯度過渡層和由摻硅類金剛石膜層充當的類金剛石鍍膜層的航天器運動部件基體。
[0010]在本發明的又一個具體的實施例中，步驟A)中所述的不同的清洗介質依次為石油醚、丙酮以及無水乙醇，所述的不同清洗介質的超聲波清洗的時間各為4-6min。
[0011]在本發明的再一個具體的實施例中，步驟B)中所述的控制加熱溫度是將加熱溫度控制為90-100 °C ;所述的控制抽真空的真空度是將抽真空的真空度控制為2X10_3-5X10_4Pa。
[0012]在本發明的還有一個具體的實施例中，步驟C)中所述的氬氣的引入流量為200-300sccm ;所述的控制等離子體源的電流是將等離子體源的電流控制為28-32A ;所述的控制等離子體源的電壓是將等離子體源的電壓控制為-450?-550V ;所述的控制轟擊清洗的時間是將轟擊清洗的時間控制為25-35min。
[0013]在本發明的更而一個具體的實施例中，步驟D)中所述的控制沉積鈦層的工藝參數是指:濺射鈦靶的功率控制在4KW、非平衡線圈的電流控制為2A、電壓處于-50V的偏壓狀態和派射鈦革E的時間控制為lOmin。
[0014]在本發明的進而一個具體的實施例中，步驟E)中所述的控制氬氣的流量是將氬氣的流量控制為lOOsccm，所述的控制磁控濺射鈦靶和磁控濺射硅靶的工藝參數是指:非平衡線圈電流控制為3A，工件臺偏壓控制為-50V，鈦靶初始功率控制為4KW并且衰減速率為200W/min，硅靶增加速率控制為100W/min，最終功率控制為2KW/min，磁控濺射鈦靶和磁控濺射硅靶的時間為28-32min。
[0015]在本發明的又更而一個具體的實施例中，步驟F)中所述的控制氬氣和乙炔氣體的流量是將氬氣和乙炔氣體的流量分別控制為200SCCm和lOOsccm ;所述的控制硅摻雜金剛石膜層形成于鈦和硅梯度過渡層的表面的工藝參數是指:非平衡線圈電流控制為2A，工件臺偏壓控制為-100V，沉積時間控制為120min。
[0016]本發明提供的航天器運動部件表面的摻硅類金剛石膜層的結構由使用狀態下依次結合到航天器運動部件基體的表面的由鈦層充當的基底層、由鈦和硅梯度過渡層充當的梯度過渡層以及由摻硅類金剛石膜層充當的類金剛石鍍膜層構成，由于在真空環境下的摩擦系數僅為0.01-0.2，因而具有良好的潤滑性，由于硬度(HV)可達到2000-2500并且與航天器運動部件基體的表面的附著力大于400mN，因而具有優異的耐磨性，能夠保障航天器運動部件基體的表面結合性能并提高運動的可靠性、穩定性和顯著延長服役壽命；提供的方法具有工藝步驟簡練、工藝參數易控并且能保障航天器運動部件表面的摻硅類金剛石膜層的所述技術效果得以全面體現。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明航天器運動部件表面的摻硅類金剛石膜層結合于航天器運動部件基體的表面的示意圖。
【具體實施方式】
[0018]請參見圖1，在圖1中示出了航天器運動部件基體1，示出了以航天器運動部件基體I為載體即在使用狀態下依次結合于航天器運動部件基體I的表面的基底層2、結合于基底層2的表面的梯度過