本發(fā)明屬于納米復(fù)合膜，尤其涉及一種納米復(fù)合膜及其制備方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、在x射線管中，由高能電子束轟擊陽(yáng)極靶盤產(chǎn)生x射線，除少數(shù)高能電子轉(zhuǎn)換為x射線外，大多數(shù)高能電子以熱量的形式耗散。在正常工作中，陽(yáng)極靶盤會(huì)受到高能電子束的轟擊，陽(yáng)極旋轉(zhuǎn)組件的轉(zhuǎn)速達(dá)到幾千甚至上萬(wàn)轉(zhuǎn)，軸承的服役溫度最高可超過(guò)400℃，高溫環(huán)境下，軸承的潤(rùn)滑劑容易揮發(fā)或失效，降低潤(rùn)滑能力，鋼球與軌道件構(gòu)成的摩擦副因疲勞磨損和黏著磨損失效，加速了軸承鋼球的磨損失效速率，最終會(huì)引發(fā)軸承卡死，造成x射線管早期失效。
2、目前，陽(yáng)極靶盤在使用的過(guò)程中通過(guò)鍍銀或者鍍鉛潤(rùn)滑。鍍鉛時(shí)由于鉛熔點(diǎn)較低，高溫下?lián)]發(fā)就會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑作用失效。鍍銀時(shí)由于銀膜和基體的結(jié)合力較弱，會(huì)造成膜層整體的剝落，并擠壓到軌道外側(cè)，使銀膜起不到潤(rùn)滑的效果。
3、例如cn115376871a公開了一種x射線管及x射線發(fā)生裝置，該x射線管的軸承組件在位于承載陽(yáng)極靶盤的近端位置的表面涂覆第一潤(rùn)滑層的第一滾動(dòng)體和多個(gè)被構(gòu)造為位于承載陽(yáng)極靶盤的遠(yuǎn)端位置的表面涂覆第二潤(rùn)滑層的第二滾動(dòng)體，第一潤(rùn)滑層保持固態(tài)的溫度更高，所述第一潤(rùn)滑層為鍍銀層，所述第二潤(rùn)滑層為鍍鉛層或鍍二硫化鉬層，沒(méi)有涉及到如何提高銀層與陽(yáng)極靶盤的結(jié)合力。
4、例如cn114540768a公開了一種x光機(jī)球管軸承固體潤(rùn)滑的鍍銀鍍鉛復(fù)合鍍層工藝，該工藝包括以下工序：清潔鋼球，對(duì)鋼球進(jìn)行鍍銀，對(duì)鋼球表面持續(xù)的進(jìn)行做功，對(duì)鋼球進(jìn)行鍍鉛，對(duì)鋼球表面持續(xù)的進(jìn)行做功，然而該工藝包括多次的真空處理、高壓處理和除雜質(zhì)處理，操作復(fù)雜度較高，而且復(fù)雜的工藝可能導(dǎo)致鍍層厚度不均勻，影響潤(rùn)滑效果和使用壽命，另外鉛具有一定的毒性，操作風(fēng)險(xiǎn)以及對(duì)環(huán)境的污染較大。
5、鑒于此，如何開發(fā)一種納米復(fù)合膜及其制備方法，在高溫環(huán)境下保證所述納米復(fù)合膜與基體的結(jié)合力和穩(wěn)定性，充分發(fā)揮潤(rùn)滑作用以有效改善機(jī)械軸承組件的摩擦性能，是目前本領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種納米復(fù)合膜及其制備方法和應(yīng)用，所述納米復(fù)合膜與基體之間的結(jié)合力較強(qiáng)，且結(jié)構(gòu)熱穩(wěn)定，能夠有效發(fā)揮潤(rùn)滑作用，解決了現(xiàn)有技術(shù)鍍鉛或鍍銀因熔點(diǎn)低或者受熱后薄膜與基體結(jié)合力較弱導(dǎo)致膜層易脫落和潤(rùn)滑作用失效的問(wèn)題。
2、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
3、第一方面，本發(fā)明提供了一種納米復(fù)合膜，所述納米復(fù)合膜包括依次層疊設(shè)置的鎳層、銅層和銀層；所述鎳層包括層疊設(shè)置的n層鎳鎢合金層，n≥2（例如可以是2、3、4、5、6、7、8、9或10等），且至少2層（例如可以是2層、3層、4層、5層或6層等）所述鎳鎢合金層的鎢含量不同。
4、本發(fā)明所述納米復(fù)合膜通過(guò)設(shè)計(jì)依次層疊設(shè)置的鎳層、銅層和銀層的多層膜結(jié)構(gòu)，以及對(duì)所述鎳層的元素組成及結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了所述銀層與基體之間的結(jié)合力，從而提高了基體的耐磨性能；其中，設(shè)計(jì)所述鎳層層疊設(shè)置的n層鎳鎢合金層，n≥2，且至少2層所述鎳鎢合金層的鎢含量不同，不僅能夠提高所述納米復(fù)合膜的耐高溫性以及所述鎳層與基體之間的結(jié)合力，同時(shí)降低了內(nèi)應(yīng)力，避免其在沉積的過(guò)程中產(chǎn)生裂紋，從而提高銀層在基體上的附著力，避免脫落導(dǎo)致基體發(fā)生嚴(yán)重磨損。
5、優(yōu)選地，所述鎳層的硬度為3gpa~10gpa，例如可以是3gpa、5gpa、8gpa或10gpa等。
6、優(yōu)選地，所述鎳層包括層疊設(shè)置的2~8層鎳鎢合金層，例如可以是2層、3層、4層、5層、6層、7層或8層等。
7、優(yōu)選地，以各所述鎳鎢合金層的原子百分含量為100%計(jì)，各所述鎳鎢合金層的鎢含量各自獨(dú)立地為1%~30%，例如可以是1%、3%、5%、8%、10%、12%、15%、18%、20%、22%、25%、28%或30%等。
8、優(yōu)選地，沿所述鎳層向所述銅層的方向，各所述鎳鎢合金層的鎢含量梯度增大。
9、本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選沿所述鎳層向所述銅層的方向，各所述鎳鎢合金層的鎢含量梯度增大，即進(jìn)一步優(yōu)選所述n層鎳鎢合金層是鎢含量梯度增大的單一結(jié)構(gòu)，相較于傳統(tǒng)的不添加鎢含量的鎳層或者鎢含量單一不變的鎳鎢合金層，本發(fā)明設(shè)計(jì)鎢含量梯度增大的單一結(jié)構(gòu)，減少了內(nèi)應(yīng)力，避免了裂紋的產(chǎn)生，提高了所述鎳層與基體之間的結(jié)合力，繼而提高銀層在基體上的附著力，從而減少磨損。
10、優(yōu)選地，所述鎳層包括周期設(shè)置的第一鎳鎢合金層和第二鎳鎢合金層，且所述第一鎳鎢合金層的鎢含量低于所述第二鎳鎢合金層的鎢含量。
11、優(yōu)選地，所述鎳層的循環(huán)周期數(shù)為2~4，例如可以是2、3或4。
12、即所述鎳層包括周期設(shè)置的4層、6層或8層鎳鎢合金層。
13、優(yōu)選地，以所述第一鎳鎢合金層的原子百分含量為100%計(jì)，所述第一鎳鎢合金層中鎢含量為1%~5%，例如可以是1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%或5%等。
14、優(yōu)選地，以所述第二鎳鎢合金層的原子百分含量為100%計(jì)，所述第二鎳鎢合金層中鎢含量為10%~30%，例如可以是10%、12%、15%、18%、20%、22%、25%、28%或30%等。
15、本發(fā)明進(jìn)一步優(yōu)選所述鎳層包括周期設(shè)置的第一鎳鎢合金層和第二鎳鎢合金層，且所述第一鎳鎢合金層的鎢含量低于所述第二鎳鎢合金層的鎢含量；即設(shè)計(jì)鎢含量周期性變化的重復(fù)結(jié)構(gòu)，且與基體直接接觸的所述第一鎳鎢合金層的鎢含量較低，為軟鎳層，使其與基體之間的結(jié)合力更強(qiáng)，內(nèi)部應(yīng)力的減少更明顯，從而更進(jìn)一步提高銀層的附著力以明顯改善磨損。
16、優(yōu)選地，所述鎳層的厚度為50~500nm，例如可以是50nm、80nm、100nm、150nm、200nm、250nm、300nm、350nm、400nm、450nm或500nm等。
17、優(yōu)選地，所述銅層的厚度為50~100nm，例如可以是50nm、60nm、70nm、80nm、90nm或100nm等。
18、優(yōu)選地，所述銀層的厚度為100~1000nm，例如可以是100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm或1000nm等。
19、第二方面，本發(fā)明提供了一種第一方面所述的納米復(fù)合膜的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：
20、先在基體上依次電沉積n層鎳鎢合金層得到鎳層，n≥2（例如可以是2、3、4、5、6、7、8、9或10等）；再在所述鎳層上依次制備銅層和銀層，得到所述納米復(fù)合膜；其中，至少2層（例如可以是2層、3層、4層、5層或6層等）所述鎳鎢合金層的鎢含量不同。
21、本發(fā)明所述制備方法采用電沉積的方式進(jìn)行，成功制備出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定且與基體結(jié)合力強(qiáng)的納米復(fù)合膜，操作簡(jiǎn)單、成本低，易于規(guī)模化生產(chǎn)。
22、優(yōu)選地，所述電沉積采用的電鍍液包括20~100g/l鎳源、30~300g/l鎢源和150~250g/l絡(luò)合劑。
23、其中，20~100g/l鎳源，例如可以是20g/l、30g/l、40g/l、50g/l、60g/l、70g/l、80g/l、90g/l或100g/l等；30~300g/l鎢源，例如可以是30g/l、50g/l、80g/l、100g/l、150g/l、200g/l、250g/l或300g/l等；150~250g/l絡(luò)合劑，例如可以是150g/l、180g/l、200g/l、220g/l或250g/l等。
24、優(yōu)選地，所述鎳源包括六水合硫酸鎳。
25、優(yōu)選地，所述鎢源包括二水合鎢酸鈉。
26、優(yōu)選地，所述絡(luò)合劑包括二水檸檬酸鈉。
27、優(yōu)選地，所述電鍍液的ph為4~9，例如可以是4、5、6、7、8或9等。
28、優(yōu)選地，所述電沉積的溫度為40~80℃，例如可以是40℃、50℃、60℃、70℃或80℃等。
29、優(yōu)選地，所述電沉積的平均電流密度為5~40ma/cm2，例如可以是5ma/cm2、8ma/cm2、10ma/cm2、15ma/cm2、20ma/cm2、25ma/cm2、30ma/cm2、35ma/cm2或40ma/cm2等。
30、優(yōu)選地，所述制備方法還包括對(duì)所述鎳層進(jìn)行除氣處理。
31、優(yōu)選地，所述除氣處理的溫度為50~200℃，例如可以是50℃、80℃、100℃、120℃、150℃、180℃或200℃等。
32、優(yōu)選地，所述除氣處理的時(shí)間為1~24h，例如可以是1h、2h、4h、8h、16h或24h等。
33、優(yōu)選地，所述制備銅層和銀層的方式各自獨(dú)立地包括電鍍、熱噴涂、磁控濺射、離子輔助沉積或化學(xué)氣相沉積中的任意一種。
34、第三方面，本發(fā)明提供了一種第一方面所述的納米復(fù)合膜的應(yīng)用，所述納米復(fù)合膜用作x射線管中軸承組件的表面膜層。
35、本發(fā)明所述納米復(fù)合膜的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、與基體結(jié)合力強(qiáng)，能夠用作x射線管中軸承組件的表面膜層，能夠保證在高溫環(huán)境下，所述軸承組件與所述納米復(fù)合膜之間的優(yōu)異結(jié)合力，從而充分發(fā)揮其中所述銀層的潤(rùn)滑作用，延長(zhǎng)x射線管中軸承組件的使用壽命。
36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：
37、（1）本發(fā)明提供的納米復(fù)合膜，通過(guò)優(yōu)化所述鎳層的結(jié)構(gòu)并調(diào)控其鎢含量，以構(gòu)建梯度過(guò)渡，減小內(nèi)部殘余應(yīng)力，使所述納米復(fù)合膜與基體的結(jié)合力增強(qiáng)，在進(jìn)行滑動(dòng)耐磨損測(cè)試5min后平均摩擦系數(shù)低至0.20以下，且在120kev電子束流轟擊靶盤，軸承轉(zhuǎn)速6000rpm時(shí)，運(yùn)行50000秒，軸承噪聲低至65db以下，且軸承無(wú)碎屑剝落，從而有效發(fā)揮銀層的潤(rùn)滑作用，減小后續(xù)高溫環(huán)境下軸承組件使用過(guò)程的摩擦。
38、（2）本發(fā)明提供的納米復(fù)合膜的制備方法，所述制備方法采用電沉積的方式，通過(guò)調(diào)控平均電流密度、電鍍液配方以及沉積時(shí)間等參數(shù)，制備出結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的納米復(fù)合膜，所述制備方法操作簡(jiǎn)單、成本低，易于規(guī)模化生產(chǎn)。
39、（3）本發(fā)明提供的納米復(fù)合膜的應(yīng)用，所述納米復(fù)合膜與基體結(jié)合力較強(qiáng)，不易脫落，在高溫環(huán)境下仍有效，使其應(yīng)用廣泛，尤其用作x射線管中軸承組件的表面膜層，能夠保證在高溫環(huán)境下所述軸承組件與所述納米復(fù)合膜之間的優(yōu)異結(jié)合力，從而充分發(fā)揮其中所述銀層的潤(rùn)滑作用，延長(zhǎng)x射線管中軸承組件的使用壽命。