[发明专利]一种用于气浮轴承的复合涂层制备方法

摘要

本发明为一种用于动压气浮轴承的复合涂层制备方法，采用中频反应磁控溅射系统沉积Ti/AlTiN/Ti:DLC高硬度、高耐磨复合膜。动压气浮轴承转子与定子之间的摩擦系数越小越有利于马达启动，在高速转动过程中，定子与转子可能发生碰撞甚至出现瞬间熔化抱死故障。单一材料的动压气浮轴承已经不能满足目前的需求，轴承材料的表面改性技术是限制其应用的关键技术之一。本发明制备的涂层在降低了摩擦系数，提高了耐磨性，同时解决了涂层的耐腐蚀性及耐磨性。该方法易行，所有原料都比较常见，可以实现工业化生产。

主权项

一种用于动压气浮轴承的复合涂层制备方法，其特征在于，采用中频反应磁控溅射系统沉积复合涂层，靶材为纯度99.9％的Ti和Al/Ti的原子质量比为67∶33的AlTi合金靶材，氮气、氩气纯度＞99.9％，钢瓶内气压大于10MPa；真空室本底压强小于3×10-4Pa，冷却水出口温度低于25℃，回水温度低于40℃，工件架公转转速在0-20转/分范围内连续可调，步骤如下：1)镀工件清洗与工件装卡分别用洗涤剂、去离子水、丙酮、无水乙醇对被镀工件进行超声波清洗和脱水处理，每次清洗时间为10-20min，功率密度40-60W/件，干燥后转载到工架上待镀；打开机械泵、分子泵抽真空到压强低于3×10-4Pa后，向真空室内输入氩气20-30sccm，使真空室内的压强为1Pa，打开偏压、射频电源，调节匹配器，真空室内发生辉光放电，增大入射功率，直到偏压值大于500V，对工件表面进行等离子体刻蚀清洗，持续时间5-15分钟；2)钛金属粘接层镀制减少氩气流入量，使真空室气压降低至4×10-1Pa，打开工件架旋转开关，使工件架进行转动，转动速率为10rpm，启动工件加热装置，将工件加热至300℃，打开工件偏压电源，将工件射频偏压增至200-600V，打开钛靶射频电源，向溅射阴极施加小功率射频信号，调节匹配器，使磁控溅射阴极起辉，逐渐加大入射功率至200-400W，镀制钛金属粘接层5-10分钟，其厚度在100-200nm；3)镀制AlTiN支撑层关闭钛靶驱动电源，打开铝钛靶中频驱动电源，电流为1.0A，占空比为60％，镀制AlTiN支撑层30-60分钟；4)镀制金属钛掺杂的抗摩擦磨损DLC层关闭铝钛靶驱动电源和氮气气体质量流量计；关闭工件加热装置，当工件温度下降至200℃以下时，向真空室内通入乙炔气体，至10-20sccm，开钛靶射频电源，逐渐加大入射功率至100-200W，镀制金属钛掺杂的抗摩擦磨损DLC层；关闭射频电源，待真空室温度降低至100℃以下，打开真空室，取出工件。