一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法

本发明涉及一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法。

背景技术：

1、橡胶作为一种弹性高的材料，在实际工业中应用广泛。橡胶由于其良好的弹性和绝缘性，已广泛应用于各种工程密封系统中，特别是在油封和o形环中。然而橡胶具有弹性高，抵抗外力变形能力差的特点，橡胶在高速和高负载条件下工作时橡胶很容易磨损，造成密封系统失效。因此，减少橡胶的摩擦和磨损是十分重要的。目前发展出来的橡胶表面处理方法主要分为浸泡、热处理、物理化学沉积、物理填充、化学共混等技术方法。其中物理化学沉积技术是采用等离子体增强化学气相沉积的技术对橡胶表面进行改性方法，应用的比较广泛。

2、然而，现在技术沉积的膜层时还有以下几点问题，1)膜层与橡胶基底之间无化学键连接，膜层与橡胶基体结合力较差，易脱落。2)橡胶与膜层之间物理性能差别较大，橡胶受力变形较大，膜层硬度高变形小，受力时易脱落。3)膜层沉积过程中会产生高温导致橡胶表面变性影响使用。因此，沉积在橡胶上的膜层必须与橡胶基体有较强的结合力，足够的弹性以适应橡胶在施加载荷下的大应变，低摩擦系数和良好的耐磨性。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了解决现有技术在橡胶基体表面摩擦系数大，耐磨性差的问题，提供一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法。

2、本发明一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，按以下步骤进行：

3、一、将清洗后的橡胶基材试样置于真空腔室的笼网空心阴极内部，其中以真空腔室为阳极接脉冲电源正极，笼网接脉冲电源负极；

4、二、向真空室里通入ar气至真空室的气压为1～50pa，开启脉冲电源，进行笼网空心阴极放电，对清洗后的橡胶基材试样进行ar离子轰击清洗，清洗时间为10～200min；

5、三、向真空室中通入ar气和乙炔的混合气体，真空室的气压为1～50pa，然后进行笼网空心阴极放电，在橡胶表面注入碳，时间为10-100min；

6、四、向真空室通入工作气体，真空室的气压为1～50pa，然后进行笼网空心阴极放电，在橡胶表面进行过渡层沉积，沉积时间为10-100min；

7、五、向真空室通入ar气和乙炔的混合气体，真空室的气压为1～50pa，然后进行笼网空心阴极放电，在过渡层上沉积类金刚石涂层，沉积时间为10-100min。

8、本发明提出采用等离子体技术对橡胶表面进行碳化和c注入，并沉积dlc膜层，来减小橡胶表面的摩擦系数，增大橡胶耐磨性能。首先，采用等离子体的处理橡胶表面，轰击掉橡胶表面的h元素，在橡胶表面形成一层碳化层。之后橡胶表面进行c注入，提高膜基结合力。最后再沉积dlc膜层。

9、本发明的所述技术方案有如下优点：

10、1.橡胶表面在等离子体的轰击和高温的作用下，橡胶表面官能团被改变，大量h原子被溅射掉，造成橡胶表面碳化，橡胶表面增硬，硬度的提高有利于支撑硬度较高的类金刚石膜层，增加膜层与基体的结合力；

11、2.在橡胶表面等离子体轰击注入c，由于注入的c与基材表面的c形成c-c键，提高膜层与基体的结合力。

12、3.过渡层掺入si，会降低dlc硬度，进而缩小类金刚石膜层与橡胶基体硬度差异大的问题，增强膜层与基体的结合。

13、4.本发明通过等离子增强化学气相沉积pecvd技术，在橡胶表面沉积得到石墨相含量较多的类金刚石膜层，一方面，低硬度可以和橡胶硬度更好的匹配，另一方面，膜层中的石墨相可以在橡胶与工件之间摩擦的过程中提供润滑剂的作用，减小橡胶的磨损。

14、综上所述，本发明通过在橡胶表面碳化、沉积含si的过渡层和沉积石墨相含量较多的类金刚石膜层，减小类金刚石膜层与橡胶基体硬度差异大的问题，提高了膜层与基体的结合力，成功在橡胶表面沉积了类金刚石膜层，增加了橡胶表面润滑性，减小橡胶的磨损，沉积类金刚石膜层的橡胶摩擦系数仅0.22。

技术特征：

1.一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，其特征在于该方法按以下步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，其特征在于步骤一中橡胶基材试样的清洗方法为：采用流动的离子水冲洗橡胶基材试样表面，然后再放入有机溶剂中进行超声波清洗，再用去离子水冲洗干净，然后高纯氮气吹干。

3.根据权利要求1所述的一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，其特征在于步骤一中将真空室抽至真空度为1.0×10-5～1.0×10-1pa。

4.根据权利要求1所述的一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，其特征在于步骤二和步骤三中真空室的气压为5～15pa。

5.根据权利要求1所述的一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，其特征在于步骤二、三、四和五的脉冲电压均为100-10000v，频率100hz-1000khz，脉宽5-500us。

6.根据权利要求1所述的一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，其特征在于步骤三和步骤五中ar与乙炔的流量比0.1-5：1。

7.根据权利要求1所述的一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，其特征在于步骤三和步骤五中ar与乙炔的流量比1-3：1。

8.根据权利要求1所述的一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，其特征在于步骤四中工作气体为ar、四甲基硅烷气体与乙炔的混合气体；其中ar、四甲基硅烷气体与乙炔的流量比5-40：1-5：5-100。

9.根据权利要求8所述的一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，其特征在于ar、四甲基硅烷气体与乙炔的流量比20：1：20。

10.根据权利要求8所述的一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，其特征在于ar、四甲基硅烷气体与乙炔的流量比5：1：5。

技术总结
一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法，本发明涉及一种等离子体碳化橡胶表面增加润滑性的方法。本发明的目的是为了解决现有技术在橡胶基体表面摩擦系数大，耐磨性差的问题，本发明采用等离子体技术处理橡胶表面，轰击掉橡胶表面的H元素，在橡胶表面形成一层碳化层。之后橡胶表面进行C注入，提高膜基结合力，再沉积含Si的过渡层，最后沉积DLC膜层。沉积类金刚石膜层的橡胶摩擦系数仅0.22。本发明应用于橡胶表面耐磨减磨处理技术领域。

技术研发人员：田修波,靳朋礼,巩春志
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14