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专利摘要

本发明公开了一种二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜及其制备方法与应用。所述二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜包括在其厚度方向上依次层叠的钛过渡层、钛/钽/二硫化钼/二硫化钨多层梯度过渡层和二硫化钼/二硫化钨多层钽掺杂层。所述制备方法包括：采用磁控溅射技术，在基体表面依次沉积钛过渡层、钛/钽/二硫化钼/二硫化钨多层梯度过渡层和二硫化钼/二硫化钨多层钽掺杂层，获得二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜。本发明的二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜具有良好的基底结合强度、硬度及弹性模量，在大气环境不同温度下均具有良好的摩擦磨损性能、良好温度自适应性能、耐湿热、耐高温氧化性能，能满足航空航天飞行器润滑稳定及长寿命服役要求。 ......

基本信息

专利类型:
发明专利
申请/专利号:
CN202010716602.2
申请日期:
2020-07-23
专利申请人:
中国科学院宁波材料技术与工程研究所
分类号:
C23C14/06 ; C23C14/16 ; C23C14/35
发明/设计人:
蒲吉斌，曾春，王海新，王立平，薛群基
权利要求: 1.一种二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜，其特征在于包括在所述二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜厚度方向上依次层叠的钛过渡层、钛/钽/二硫化钼/二硫化钨多层梯度过渡层和二硫化钼/二硫化钨单层钽掺杂层。2.根据权利要求1所述的二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜，其特征在于：所述二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜中钽原子百分含量为0.7~4.4%。3.根据权利要求1所述的二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜，其特征在于：所述钛过渡层的厚度为80~120nm；和/或，所述钛/钽/二硫化钼/二硫化钨多层梯度过渡层的厚度为130~170nm；和/或，所述二硫化钼/二硫化钨单层钽掺杂层的厚度为2.0~2.5μm；和/或，所述二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜的硬度高于6 GPa；和/或，所述二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜在大气常温下摩擦系数为0.073~0.080，磨损率为3.3x10-6~6.4x10-6mm3/Nm，在200℃环境下摩擦系数为0.030~0.042，磨损率为3.1x10-6~5.3 x10-6mm3/Nm，在400℃环境下摩擦系数为0.040~0.060，磨损率为3.7x10-6~9.4 x10-6mm3/Nm。4.如权利要求1-3中任一项所述的二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜的制备方法，其特征在于包括：采用磁控溅射技术，在基体表面依次沉积钛过渡层、钛/钽/二硫化钼/二硫化钨多层梯度过渡层和二硫化钼/二硫化钨单层钽掺杂层，获得所述二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钛过渡层的制备方法包括：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，对基体施加负偏压，从而在基体表面沉积得到钛过渡层，其中，所述靶电流为2.1~3.0A，基体偏压为-70~-100V，工作气体流量为12~16sccm，基体温度为80~120℃，反应腔室压强为1.0~3.0x10-1Pa，沉积时间为100~120s。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述钛过渡层的厚度为80~120nm。8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述钛/钽/二硫化钼/二硫化钨多层梯度过渡层的制备方法包括：采用磁控溅射技术，以钛靶、二硫化钼靶、二硫化钨靶、钽靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对钛靶、钽靶、二硫化钼靶和二硫化钨靶施加电流，对基体施加负偏压，从而在所述钛过渡层表面沉积得到钛/钽/二硫化钼/二硫化钨多层梯度过渡层，其中，施加于钛靶上的靶电流从2.1~3.0A逐渐减小至0，施加于二硫化钼靶和二硫化钨靶上的溅射功率从0逐渐增加为0.73~0.97kW，施加于钽靶上的靶电流从0逐渐增加为0.1~0.4A，基体偏压为-30~-70V，工作气体流量为12~16sccm，基体温度为80~120℃，反应腔室压强为1.0~3.0x10-1Pa，沉积时间为100~120s。9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气。10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述钛/钽/二硫化钼/二硫化钨多层梯度过渡层的厚度为130~170nm。11.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于包括：采用磁控溅射技术，以二硫化钼靶、二硫化钨靶、钽靶为阴极靶材，以惰性气体为工作气体，对钽靶、二硫化钼靶和二硫化钨靶施加电流，对基体施加负偏压，从而在所述钛/钽/二硫化钼/二硫化钨多层梯度过渡层表面沉积得到二硫化钼/二硫化钨单层钽掺杂层，其中，施加于二硫化钼靶和二硫化钨靶上的溅射功率为0.73~0.97kW，施加于钽靶上的靶电流为0.1~0.4A，基体偏压为-30~-70V，工作气体流量为12~16sccm，基体温度为80~120℃，反应腔室压强为1.0~3.0x10-1Pa，沉积时间为6500~8000s。12.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述惰性气体为氩气。13.根据权利要求11所述的制备方法，其特征在于：所述二硫化钼/二硫化钨单层钽掺杂层的厚度为2.0~2.5μm。14.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于还包括：将反应腔体抽真空至真空度在3×10-3Pa以下，先对基体进行等离子体刻蚀处理，所述等离子体刻蚀处理包括：对基体施加-400~-450V的偏压，所述基体温度为100~150℃，刻蚀时间为1200~1800s。15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于：所述基体的材质为镍基718高温钢或单晶硅片。16.权利要求1-3中任一项所述的二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜在航空航天部件表面防护领域中的用途。17.一种装置，包括基体，其特征在于：所述基体上还设置有权利要求1-3中任一项所述的二硫化钼/二硫化钨多层掺钽薄膜，所述基体的材质包括镍基718高温钢或单晶硅片。18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于：所述装置为航空航天飞行器。