[发明专利]一种改善关节轴承摩擦副润滑性能的方法

说明书

本发明涉及一种改善关节轴承摩擦副润滑性能的方法，属于薄膜沉积技术领域。所述方法为在关节轴承内圈外表面沉积由钛‑碳过渡层和类金刚石薄膜组成的复合碳基薄膜；包括以下步骤：对清洁的关节轴承内圈外表面进行离子清洗，然后采用离子束沉积和磁控溅射沉积结合的方法，自下而上依次沉积钛‑碳过渡层和类金刚石薄膜；所述钛‑碳过渡层厚度为0.5μm～1μm，过渡层中自下而上碳和钛元素的含量比逐渐增大，过渡层材料成分含量逐渐变化也提高了薄膜之间作用键的结合强度，从而提高薄膜结合力；所述类金刚石薄膜厚度为1μm～3μm。所述方法改善了关节轴承摩擦副润滑性能，提高了关节轴承的使用寿命。

技术领域

本发明涉及一种改善关节轴承摩擦副润滑性能的方法，属于薄膜沉积技术领域。

背景技术

关节轴承主要由金属材质的内圈和外圈组成，目前在航空航天、汽车船舶、军工机械等领域得到了广泛的应用。关节轴承在正常运转时，外圈的内表面和内圈的外表面组成一个球面的滑动摩擦副；随着时间的推移，摩擦副的磨损逐渐增加，最终导致关节轴承失效，因此寻找一种可以改善摩擦副的润滑性能的新方法已成为重中之重。

类金刚石(DLC)薄膜是近来兴起的一种以sp³和sp²键的形式结合生成的亚稳态材料，兼具了金刚石和石墨的优良特性，具有高硬度、高电阻率、良好光学性能以及优秀的摩擦学特性，因此在航空航天、工程机械等领域具有广阔的应用前景。但是，直接将类金刚石材料沉积在关节轴承内圈外表面形成的薄膜承载能力低、易脱落，限制了关节轴承的使用寿命。

专利申请CN112553584A公开了一种关节轴承内圈外表面沉积类金刚石薄膜的方法，所述方法先在关节轴承内圈外表面沉积了钛过渡层，然后在过渡层表面沉积类金刚石薄膜；钛过渡层提高了类金刚石薄膜的承载力，但是类金刚石薄膜和基材材料种类差别较大，会导致类金刚石薄膜结合力低，薄膜在使用过程中容易剥落，从而降低关节轴承的使用寿命。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种改善关节轴承摩擦副润滑性能的方法，所述方法为在关节轴承内圈外表面沉积复合碳基薄膜；所述复合碳基薄膜由位于关节轴承内圈外表面上的钛-碳过渡层和沉积在过渡层上表面的类金刚石薄膜组成，钛-碳过渡层缩小基材和类金刚石之间的材料差异，提高薄膜的结合力和承载能力；类金刚石薄膜降低关节轴承内外圈的磨损，从而改善关节轴承摩擦副润滑性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

一种改善关节轴承摩擦副润滑性能的方法，所述方法为在关节轴承内圈外表面沉积复合碳基薄膜，包括以下步骤：

(1)向沉积室内通入氩气，打开离子束和偏压电源，对关节轴承内圈附加偏压；打开磁控溅射Ti靶，然后通入氩气和乙炔，开始沉积钛-碳过渡层；氩气和乙炔的流量比保持为1:1，并且将乙炔和氩气的流量分别从20sccm匀速增加到80sccm，在关节轴承内圈外表面沉积形成厚度为0.5μm～1μm的钛-碳过渡层；

钛-碳过渡层沉积的工艺参数为：沉积室内工作气压为0.5Pa～0.7Pa，所述偏压通过直流脉冲加载，为-400V～-500V；占空比为50％～60％，频率为30KHz～50KHz，钛靶电流为1A～3A；沉积时间为60min～80min；

(2)关闭磁控溅射Ti靶，继续向沉积室内通入氩气和乙炔，控制氩气和乙炔的流量比为1:1，打开离子束和偏压电源，并打开磁控溅射C靶，在步骤(1)得到的钛-碳过渡层上表面沉积类金刚石薄膜；待沉积室内温度降到室温后把关节轴承内圈取出，得到厚度为1μm～3μm的类金刚石薄膜；

类金刚石薄膜沉积的工艺参数为：沉积室内乙炔的体积为通入的乙炔和氩气总体积的50％～60％；沉积室内工作气压为0.8Pa～1.1Pa，所述偏压电源为直流脉冲电源，偏压为-300V～-500V；占空比为50％～60％，频率为30KHz～50KHz，碳靶电流为2A～3A，离子束电压为1100V～1300V，沉积时间为200min～350min。