2018军转民目录推荐项目-低摩擦碳基薄膜技术与电离分离PVD镀膜设备一体化

【技术开发单位】中国科学院兰州化学物理研究所

【技术概述】 碳基薄膜具有高耐磨、低摩擦、强耐腐蚀的特点,可以有效降低机械运动部件摩擦磨损和腐蚀,保障机械设备的高可靠和耐磨、耐蚀服役寿命。但是碳基薄膜应力高、脆性大和结合力差等缺点,以及装备与工艺研发“两张皮”的问题,阻碍了其工程化应用。固体润滑国家重点实验室项目团队针对上述问题,发明了双金属微掺杂、多级纳米结构调制和原位生成类富勒烯纳米碳增韧等手段和方法,突破了碳基薄膜三大国际难题。针对低摩擦碳薄膜产业化过程中工艺装备结合的技术瓶颈,发明了自布气阳极辅助、电磁约束辅助磁控溅射等手段,集成多种自主PVD技术手段,创制了“电磁约束辅助阳极磁控溅射/PECVD复合沉积系统”,破解了我国先进固体润滑薄膜技术和产业化生产装备发展"两张皮"的现状,实现了多批次批量生产一致性,相关技术已经应用到发动机活塞连杆/挺柱凸轮轴、燃油喷射系统、数控机床导轨等领域。

【技术指标】摩擦系数0.01~0.10;结合力HF1-HF2;硬度8-30GPa;镀膜体积580(mm)x500(mm)。

【技术特点】 该项目基于兰州化学物理研究所纳米润滑课题组超低摩擦碳薄膜核心技术,具有绿色环保的特征,可以显著降低运动副摩擦阻力,提供机械系统使用寿命。

【先进程度】国内领先

【技术状态】 部分成果国家技术发明二等奖、甘肃省技术发明一等奖、甘肃省自然科学二等奖,已经实现产业应用。

【适用范围】 适合于运行温度低于400,无油、贫油和固液复合润滑环境

【专利状态】 授权发明专利11件,实用新型3件。

【合作方式】合作开发:与其他单位合作进行技术开发、市场开拓等,并共享新产品有关权益。

技术服务:利用技术为其他单位提供设计开发、难题诊断及技术攻关、设备及生产线研发、工程设计等服务

【预期效益】 摩擦部件是机械系统的核心基础零部件,摩擦消耗掉世界约1/3的一次能源,磨损致使大约60%的机器零部件失效,国际能源署、美国能源部将低摩擦技术列为重点发展技术。机械运动部件摩擦磨损导致的能耗高、可靠性差、服役寿命短等问题严重制约了我国装备制造业的性能提升与市场竞争力,国家相关规划强调发展低摩擦共性技术。在国家973、863、自然科学基金等项目的持续支持下,历经10年产学研用联合攻关,突破了低摩擦碳薄膜的结构调控、轴承钢表面低温(<150℃)制备、工艺与装备一体化集成等关键技术,实现了在汽车发动机零部件、系统、整机的产业化应用。该成果解决了国际上碳薄膜不能在开放大气环境下实现超低摩擦的技术难题,降低碳摩擦系数1-2个数量级;首次突破了薄膜低温高结合力沉积技术(≤150℃),解决了低摩擦碳薄膜在工业界广泛使用的轴承钢表面不能商业化应用的窘境。应用,本项目发明装备及工艺技术,可以实现在发动机活塞环、气门、挺柱、凸轮轴、活塞销等关键部件,燃油喷射系统柱塞、针阀等部件,飞机液压助力转向系统、涡轮压缩系统、航天系统轴承、飞轮、力矩陀螺等系统关键部件低摩擦碳薄膜制备及应用。