高真空環境下防止冷焊效應Ni-P非晶/MoS2的複合膜的製作方法

2023-05-27 21:25:51

專利名稱：高真空環境下防止冷焊效應Ni-P非晶/MoS2的複合膜的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在高真空環境下防止大塊非晶合金或鋁合金運動構件表面 間真空冷焊效應的複合膜。尤其是一種通過在鍍液中添加納米二硫化鉬，採用 化學鍍或電沉積方法，在運動構件表面製備了 Ni-P非晶/M。S2複合膜。
背景技術：
太空飛行器在太空軌道上運行過程中所承受的真空度高於10—5Pa的量級。有研 究表明在上述高真空環境中，兩個相互接觸的潔淨機械零部件金屬表面之間非 常容易發生膠粘，從而發生冷焊現象。冷焊不同於摩擦磨損，即使在兩個靜態 接觸的表面之間同樣會存在真空冷焊現象，而此時卻不存在摩擦磨損現象；在 兩個接觸的動態表面之間，由於冷焊的存在而使摩擦磨損現象加劇。冷焊是真 空環境的特有現象，而摩擦磨損卻是在任何環境中都存在的現象，且必須是兩 個相互接觸的動表面之間才能產生摩擦磨損，兩者存在一定關係，但又是兩個 完全不同的概念。在高真空環境中，兩個相互接觸的機械零部件表面之間很容 易發生材料的相互擴散轉移與鍵合，從而導致冷焊或咬死。隨著預載荷的增大 和摩擦副在間歇操作過程中靜止時間的延長，這些現象都越發明顯。在靜、動 轉換過程中，接觸界面間因為冷焊現象的存在使粘-滑、摩擦噪聲和粘著磨損增 強。為了防止和避免真空冷焊行為的發生，目前採用的方法主要是表面處理。 通常採用物理氣相沉積(PVD)、磁控濺射、離子束濺射或表面陽離子注入等技 術，在運動構件表面形成一層單質MoS2薄膜。MoS2薄膜的存在可有效防止真 空冷焊行為的發生，同時還具有固體潤滑的效能。但MoS2薄膜與金屬基體結構 與性質差別很大，與基體的結合強度較低，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，運動構件難以或無法更換，要求 運動構件表面能夠長期防冷焊。MoS2薄膜的脫落和損傷對於長期防冷焊的要求 是不利的。
迄今為止，可有效用於預防空間冷焊效應的Ni-P非晶合金/納米MoS2複合 膜的研究還未見報導。

發明內容
為了有效防止真空冷焊效應，本發明提供一種高真空環境下防止冷焊效應 Ni-P非晶/MoS2的複合膜。在非晶和鋁合金工件表面的複合膜中，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合能力高的特點，可有效防 止薄膜脫落，同時具有高硬度特點，可以提高運動構件的耐磨性能。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是這種高真空環境下防止冷焊 效應Ni-P非晶/MoS2的複合膜，在非晶和鋁合金工件表面上鍍覆Ni-P非晶/M。S2 複合膜，在高真空環境下所述Ni-P非晶/M。S2複合膜具有防止冷焊效應；Ni-P 非晶/MoS2複合膜和非晶合金的粘著係數以及Ni-P非晶/MoS2複合膜和鋁合金的 粘著係數都小於10—4量級。
本發明的有益效果是這種高真空環境下防止冷焊效應Ni-P非晶/MoS2的 複合膜，在高真空(>l(T5Pa)環境下具有很高的防真空冷焊性，可延長金屬零 部件的使用壽命，降低能耗，節約能源，不汙染環境。經過地面模擬空間環境 測試證明，這種鍍層可防止航天飛行器中運動構件或接觸對偶摩擦副的真空冷 焊行為，因此在航天、真空器件等工業領域具有廣泛的應用前景。該發明不需 要複雜的設備，而且工藝簡單、材料來源廣闊、價格低廉、製備成本低、生產 過程無汙染，適合於工業化生產。


圖1是材料對偶Zr基大塊非晶合金-Zr基大塊非晶合金的粘著係數-時間 曲線；
圖2是材料對偶Zr基大塊非晶合金鍍覆Ni-P/M。S2複合膜-Zr基大塊非晶合 金的粘著係數-時間曲線。
具體實施方式
實施例1:
空間分離系統卡環需要表面處理，以防止空間真空冷焊，並能夠長期工作。 為此在非晶合金表面製備了高真空環境下防止冷焊效應Ni-P非晶/MoS2的複合膜。
非晶合金經除油和酸性浸蝕後，用化學鍍方法在基體上鍍覆高真空環境下 防止冷焊效應Ni-P非晶/MoS2的複合膜。其鍍覆方法如下
(1) 配製化學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;用氨水調整鍍液的 pH值，pH=8;
(2) 鍍件除油、活化、預鍍；
4(3)鍍液加熱到9(TC，鍍覆時間0.2 1小時。 下面通過複合膜的耐磨性和結合強度的對比實驗來說明複合膜的耐磨強度 和結合強度。
為了檢驗Ni-P非晶/M。S2複合膜與基體的結合強度，採用耐磨機和手持數字 測速儀對膜層進行了測試，磨損失重越大，脫落越嚴重，說明與基體結合強度 越差。Ni-P非晶/M。S2複合膜、非晶試樣磨損脫落試驗結果如表1所示，實驗結 果證明Ni-P非晶/M。S2複合膜與基體的結合強度高，可長期工作。
表1 Ni-P非晶/M。S2複合膜、非晶試樣磨損脫落試驗結果
序號載荷(g)轉速(r/min)非晶試樣失重(g) Ni-P非晶/M。S2複合膜
11251950.00200細2
22503120.00280.0009
35003900.00370扁0
下面通過非晶合金與Ni-P/MoS2複合膜的抗冷焊性能實驗來說明非晶合金 與Ni-P/M。S2複合膜的抗冷焊性能。
冷焊效應的判定主要依據是(510所規定採用Q/WHJ21-93空間活動部件材 料對偶超高真空冷焊評價試驗規範)材料粘著係數達到或大於10—2量級的機率 較大時，可判斷有冷焊效應；粘著係數普遍為10—4量級或小於10—4量級時可以判 斷無冷焊效應。
未經過任何表面處理的材料對偶(Zr基大塊非晶合金-Zr基大塊非晶合金)， 在規定的真空環境下，對粘著係數進行連續36h的測量(樣品測量在室溫，真 空度為7.1xltrSpa 4.3xl(rSpa環境下進行)，共142次測得粘著力，粘著係數多 數在10'2量級，對偶材料粘著係數-時間關係曲線如圖1所示。
Zr基大塊非晶合金與Zr基大塊非晶合金對偶副之所以產生真空冷焊效應， 其主要原因在於，這種材料具有優良的抗氧化性能和耐磨性能，經過機械加工 過程後的高精度表面，在室溫下不會發生任何氧化而形成氧化膜，同時良好的 耐磨性不會形成表面劃擦缺陷，因而在高真空環境下光滑潔淨的表面相接觸， 幾乎接近面接觸而發生冷焊效應。
圖2為材料對偶[Zr基大塊非晶合金鍍覆Ni-P/M。S2複合膜一Zr基大塊非晶 合金]粘著係數-時間關係曲線，粘著係數小於10_4量級。由判斷依據，從圖l可以看到，Zr基大塊非晶合金對偶粘著係數達到或大 於10々量級的機率較大，說明該合金在空間應用中確實存在冷焊效應。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成對偶件時，都 可能發生冷焊現象。而圖2中，材料對偶[Zr基大塊非晶合金鍍覆Ni-P/M。S2復 合膜-Zr基大塊非晶合金]粘著係數為小於10_4量級，所以可以認為沒有冷焊效 應。這就說明，在非晶器件表面鍍覆一層Ni-P非晶/M。S2複合膜確實達到了防止 冷焊的目的。
權利要求
1.一種高真空環境下防止冷焊效應Ni-P非晶/MoS2的複合膜，其特徵在於在非晶和鋁合金工件表面上鍍覆Ni-P非晶/MoS2複合膜，在高真空環境下所述Ni-P非晶/MoS2複合膜具有防止冷焊效應；
2. 根據權利要求1所述的高真空環境下防止冷焊效應Ni-P非晶/MoS2的復 合膜，其特徵在於所述Ni-P非晶/M。S2複合膜和非晶合金的粘著係數小於10—4量級。
3. 根據權利要求1或2所述的高真空環境下防止冷焊效應Ni-P非晶/M。S2 的複合膜，其特徵在於所述Ni-P非晶/MoS2複合膜和鋁合金的粘著係數小於 10'4量級。
全文摘要
本發明公開了一種非晶合金和鋁合金活動件表面防冷焊效應的Ni-P非晶合金/MoS2複合膜。採用化學鍍或電鍍方法，製備在鍍層中含有納米二硫化鉬的鎳基非晶合金複合膜。這種複合膜可防止航天飛行器中運動部件或接觸對偶摩擦副的真空冷焊行為，因此在航天、真空器件等領域具有廣泛的應用前景。該發明複合膜的製備不需要複雜的設備，而且工藝簡單、材料來源廣闊、價格低廉、製備成本低、生產工程無汙染，適合於工業化生產。
文檔編號C23C18/16GK101643897SQ200910074458
公開日2010年2月10日 申請日期2009年5月25日 優先權日2009年5月25日
發明者於金庫, 劉日平, 常丹華, 馬明臻 申請人:燕山大學