專利名稱：高真空環(huán)境下防止冷焊效應(yīng)Ni-P非晶/MoS2的復(fù)合膜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在高真空環(huán)境下防止大塊非晶合金或鋁合金運(yùn)動(dòng)構(gòu)件表面 間真空冷焊效應(yīng)的復(fù)合膜。尤其是一種通過在鍍液中添加納米二硫化鉬，采用 化學(xué)鍍或電沉積方法，在運(yùn)動(dòng)構(gòu)件表面制備了 Ni-P非晶/M。S2復(fù)合膜。
背景技術(shù)：
航天器在太空軌道上運(yùn)行過程中所承受的真空度高于10—5Pa的量級(jí)。有研 究表明在上述高真空環(huán)境中，兩個(gè)相互接觸的潔凈機(jī)械零部件金屬表面之間非 常容易發(fā)生膠粘，從而發(fā)生冷焊現(xiàn)象。冷焊不同于摩擦磨損，即使在兩個(gè)靜態(tài) 接觸的表面之間同樣會(huì)存在真空冷焊現(xiàn)象，而此時(shí)卻不存在摩擦磨損現(xiàn)象；在 兩個(gè)接觸的動(dòng)態(tài)表面之間，由于冷焊的存在而使摩擦磨損現(xiàn)象加劇。冷焊是真 空環(huán)境的特有現(xiàn)象，而摩擦磨損卻是在任何環(huán)境中都存在的現(xiàn)象，且必須是兩 個(gè)相互接觸的動(dòng)表面之間才能產(chǎn)生摩擦磨損，兩者存在一定關(guān)系，但又是兩個(gè) 完全不同的概念。在高真空環(huán)境中，兩個(gè)相互接觸的機(jī)械零部件表面之間很容 易發(fā)生材料的相互擴(kuò)散轉(zhuǎn)移與鍵合，從而導(dǎo)致冷焊或咬死。隨著預(yù)載荷的增大 和摩擦副在間歇操作過程中靜止時(shí)間的延長(zhǎng)，這些現(xiàn)象都越發(fā)明顯。在靜、動(dòng) 轉(zhuǎn)換過程中，接觸界面間因?yàn)槔浜脯F(xiàn)象的存在使粘-滑、摩擦噪聲和粘著磨損增 強(qiáng)。為了防止和避免真空冷焊行為的發(fā)生，目前采用的方法主要是表面處理。 通常采用物理氣相沉積(PVD)、磁控濺射、離子束濺射或表面陽離子注入等技 術(shù)，在運(yùn)動(dòng)構(gòu)件表面形成一層單質(zhì)MoS2薄膜。MoS2薄膜的存在可有效防止真 空冷焊行為的發(fā)生，同時(shí)還具有固體潤(rùn)滑的效能。但MoS2薄膜與金屬基體結(jié)構(gòu) 與性質(zhì)差別很大，與基體的結(jié)合強(qiáng)度較低，使用過程中極易脫落，從而使MoS2 薄膜防冷焊的壽命降低。在空間工作條件下，運(yùn)動(dòng)構(gòu)件難以或無法更換，要求 運(yùn)動(dòng)構(gòu)件表面能夠長(zhǎng)期防冷焊。MoS2薄膜的脫落和損傷對(duì)于長(zhǎng)期防冷焊的要求 是不利的。
迄今為止，可有效用于預(yù)防空間冷焊效應(yīng)的Ni-P非晶合金/納米MoS2復(fù)合 膜的研究還未見報(bào)導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
為了有效防止真空冷焊效應(yīng)，本發(fā)明提供一種高真空環(huán)境下防止冷焊效應(yīng) Ni-P非晶/MoS2的復(fù)合膜。在非晶和鋁合金工件表面的復(fù)合膜中，MoS2具有良好的防真空冷焊性能；Ni-P非晶鍍層具有與基體結(jié)合能力高的特點(diǎn)，可有效防 止薄膜脫落，同時(shí)具有高硬度特點(diǎn)，可以提高運(yùn)動(dòng)構(gòu)件的耐磨性能。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是這種高真空環(huán)境下防止冷焊 效應(yīng)Ni-P非晶/MoS2的復(fù)合膜，在非晶和鋁合金工件表面上鍍覆Ni-P非晶/M。S2 復(fù)合膜，在高真空環(huán)境下所述Ni-P非晶/M。S2復(fù)合膜具有防止冷焊效應(yīng)；Ni-P 非晶/MoS2復(fù)合膜和非晶合金的粘著系數(shù)以及Ni-P非晶/MoS2復(fù)合膜和鋁合金的 粘著系數(shù)都小于10—4量級(jí)。
本發(fā)明的有益效果是這種高真空環(huán)境下防止冷焊效應(yīng)Ni-P非晶/MoS2的 復(fù)合膜，在高真空(>l(T5Pa)環(huán)境下具有很高的防真空冷焊性，可延長(zhǎng)金屬零 部件的使用壽命，降低能耗，節(jié)約能源，不污染環(huán)境。經(jīng)過地面模擬空間環(huán)境 測(cè)試證明，這種鍍層可防止航天飛行器中運(yùn)動(dòng)構(gòu)件或接觸對(duì)偶摩擦副的真空冷 焊行為，因此在航天、真空器件等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。該發(fā)明不需 要復(fù)雜的設(shè)備，而且工藝簡(jiǎn)單、材料來源廣闊、價(jià)格低廉、制備成本低、生產(chǎn) 過程無污染，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖1是材料對(duì)偶Zr基大塊非晶合金-Zr基大塊非晶合金的粘著系數(shù)-時(shí)間 曲線；
圖2是材料對(duì)偶Zr基大塊非晶合金鍍覆Ni-P/M。S2復(fù)合膜-Zr基大塊非晶合 金的粘著系數(shù)-時(shí)間曲線。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1:
空間分離系統(tǒng)卡環(huán)需要表面處理，以防止空間真空冷焊，并能夠長(zhǎng)期工作。 為此在非晶合金表面制備了高真空環(huán)境下防止冷焊效應(yīng)Ni-P非晶/MoS2的復(fù)合膜。
非晶合金經(jīng)除油和酸性浸蝕后，用化學(xué)鍍方法在基體上鍍覆高真空環(huán)境下 防止冷焊效應(yīng)Ni-P非晶/MoS2的復(fù)合膜。其鍍覆方法如下
(1) 配制化學(xué)鍍液其組成為硫酸鎳22g/L，次亞磷酸鈉25g/L，乙酸鈉 20g/L，檸檬酸鈉35g/L，乳酸6ml/L，納米二硫化鉬5g/L;用氨水調(diào)整鍍液的 pH值，pH=8;
(2) 鍍件除油、活化、預(yù)鍍；
4(3)鍍液加熱到9(TC，鍍覆時(shí)間0.2 1小時(shí)。 下面通過復(fù)合膜的耐磨性和結(jié)合強(qiáng)度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)來說明復(fù)合膜的耐磨強(qiáng)度 和結(jié)合強(qiáng)度。
為了檢驗(yàn)Ni-P非晶/M。S2復(fù)合膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度，采用耐磨機(jī)和手持?jǐn)?shù)字 測(cè)速儀對(duì)膜層進(jìn)行了測(cè)試，磨損失重越大，脫落越嚴(yán)重，說明與基體結(jié)合強(qiáng)度 越差。Ni-P非晶/M。S2復(fù)合膜、非晶試樣磨損脫落試驗(yàn)結(jié)果如表1所示，實(shí)驗(yàn)結(jié) 果證明Ni-P非晶/M。S2復(fù)合膜與基體的結(jié)合強(qiáng)度高，可長(zhǎng)期工作。
表1 Ni-P非晶/M。S2復(fù)合膜、非晶試樣磨損脫落試驗(yàn)結(jié)果
序號(hào)載荷(g)轉(zhuǎn)速(r/min)非晶試樣失重(g) Ni-P非晶/M。S2復(fù)合膜
11251950.00200細(xì)2
22503120.00280.0009
35003900.00370扁0
下面通過非晶合金與Ni-P/MoS2復(fù)合膜的抗冷焊性能實(shí)驗(yàn)來說明非晶合金 與Ni-P/M。S2復(fù)合膜的抗冷焊性能。
冷焊效應(yīng)的判定主要依據(jù)是(510所規(guī)定采用Q/WHJ21-93空間活動(dòng)部件材 料對(duì)偶超高真空冷焊評(píng)價(jià)試驗(yàn)規(guī)范)材料粘著系數(shù)達(dá)到或大于10—2量級(jí)的幾率 較大時(shí)，可判斷有冷焊效應(yīng)；粘著系數(shù)普遍為10—4量級(jí)或小于10—4量級(jí)時(shí)可以判 斷無冷焊效應(yīng)。
未經(jīng)過任何表面處理的材料對(duì)偶(Zr基大塊非晶合金-Zr基大塊非晶合金)， 在規(guī)定的真空環(huán)境下，對(duì)粘著系數(shù)進(jìn)行連續(xù)36h的測(cè)量(樣品測(cè)量在室溫，真 空度為7.1xltrSpa 4.3xl(rSpa環(huán)境下進(jìn)行)，共142次測(cè)得粘著力，粘著系數(shù)多 數(shù)在10'2量級(jí)，對(duì)偶材料粘著系數(shù)-時(shí)間關(guān)系曲線如圖1所示。
Zr基大塊非晶合金與Zr基大塊非晶合金對(duì)偶副之所以產(chǎn)生真空冷焊效應(yīng)， 其主要原因在于，這種材料具有優(yōu)良的抗氧化性能和耐磨性能，經(jīng)過機(jī)械加工 過程后的高精度表面，在室溫下不會(huì)發(fā)生任何氧化而形成氧化膜，同時(shí)良好的 耐磨性不會(huì)形成表面劃擦缺陷，因而在高真空環(huán)境下光滑潔凈的表面相接觸， 幾乎接近面接觸而發(fā)生冷焊效應(yīng)。
圖2為材料對(duì)偶[Zr基大塊非晶合金鍍覆Ni-P/M。S2復(fù)合膜一Zr基大塊非晶 合金]粘著系數(shù)-時(shí)間關(guān)系曲線，粘著系數(shù)小于10_4量級(jí)。由判斷依據(jù)，從圖l可以看到，Zr基大塊非晶合金對(duì)偶粘著系數(shù)達(dá)到或大 于10々量級(jí)的幾率較大，說明該合金在空間應(yīng)用中確實(shí)存在冷焊效應(yīng)。不只是 在非晶合金間，在鋁合金與鋁合金，以及鋁合金與非晶合金構(gòu)成對(duì)偶件時(shí)，都 可能發(fā)生冷焊現(xiàn)象。而圖2中，材料對(duì)偶[Zr基大塊非晶合金鍍覆Ni-P/M。S2復(fù) 合膜-Zr基大塊非晶合金]粘著系數(shù)為小于10_4量級(jí)，所以可以認(rèn)為沒有冷焊效 應(yīng)。這就說明，在非晶器件表面鍍覆一層Ni-P非晶/M。S2復(fù)合膜確實(shí)達(dá)到了防止 冷焊的目的。
權(quán)利要求
1.一種高真空環(huán)境下防止冷焊效應(yīng)Ni-P非晶/MoS2的復(fù)合膜，其特征在于在非晶和鋁合金工件表面上鍍覆Ni-P非晶/MoS2復(fù)合膜，在高真空環(huán)境下所述Ni-P非晶/MoS2復(fù)合膜具有防止冷焊效應(yīng)；
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高真空環(huán)境下防止冷焊效應(yīng)Ni-P非晶/MoS2的復(fù) 合膜，其特征在于所述Ni-P非晶/M。S2復(fù)合膜和非晶合金的粘著系數(shù)小于10—4量級(jí)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高真空環(huán)境下防止冷焊效應(yīng)Ni-P非晶/M。S2 的復(fù)合膜，其特征在于所述Ni-P非晶/MoS2復(fù)合膜和鋁合金的粘著系數(shù)小于 10'4量級(jí)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非晶合金和鋁合金活動(dòng)件表面防冷焊效應(yīng)的Ni-P非晶合金/MoS₂復(fù)合膜。采用化學(xué)鍍或電鍍方法，制備在鍍層中含有納米二硫化鉬的鎳基非晶合金復(fù)合膜。這種復(fù)合膜可防止航天飛行器中運(yùn)動(dòng)部件或接觸對(duì)偶摩擦副的真空冷焊行為，因此在航天、真空器件等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。該發(fā)明復(fù)合膜的制備不需要復(fù)雜的設(shè)備，而且工藝簡(jiǎn)單、材料來源廣闊、價(jià)格低廉、制備成本低、生產(chǎn)工程無污染，適合于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C23C18/16GK101643897SQ200910074458
公開日2010年2月10日 申請(qǐng)日期2009年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月25日
發(fā)明者于金庫(kù), 劉日平, 常丹華, 馬明臻 申請(qǐng)人:燕山大學(xué)