510所潤滑與硬質薄膜技術中國航天科技集團公司五院510所

2013年10月

一、概述510所隸屬于中國航天科技集團公司，是國內開展空間機械潤滑技術研究與空間工程應用的主要承擔單位，負責我國絕大多數空間飛行器上各類活動零部件的潤滑方案設計、潤滑工藝實施以及模擬在軌工況的地面驗證試驗工作。自“六五”開始從事摩擦學與潤滑技術研究，承擔了多項國家級重點預研課題，開發了一系列適用于軍民兩用的減摩耐磨薄膜技術，解決了空間飛行器上各種活動零部件如滾動軸承、滑動軸承、直線軸承、蝸輪-蝸桿、滾珠-絲杠、直線導軌、齒輪傳動、諧波傳動等摩擦副間的、低摩擦、耐磨損應用需求，廣泛的應用于我國導航、通信、載人航天（神舟系列飛船）、探月（嫦娥系列）、高分等項目空間飛行器，目前空間活動機構部組件的年生產能力在萬件以上，研制的各類活動件產品在軌飛行成功率100%。減摩耐磨薄膜技術除可以應用于航天特殊領域外，由于具有低摩擦、耐磨損等性能還可用于其它如航空、汽車、兵器、紡織、機械加工、礦產開采等各種領域里需要減摩耐磨的零件表面改性。

多年來，510所以軍民需求為牽引，在潤滑與硬質薄膜技術方面形成了三個主要研究方向。結合承擔的多項預先研究課題以及具體工程應用，突破了多項關鍵技術，形成了一系列面向應用工況的潤滑與硬質薄膜產品，為實現在軍民領域的應用奠定了基礎。1.低摩擦自潤滑材料技術PVD潤滑薄膜（濺射MoS2-Ti/Sb2O3）2.新型硬質DLC基潤滑薄膜技術

a-C:H，W-C:H，Si-C:H，CrN+W-C:H，CrN+W-C:H+DLC，AlTiN+W-C:H3.耐磨損TiN、CrN基涂層技術

TiN，TiAlN，TiN/TiAlN，TiCN，AlTiN，AlCrN，

CrN，Cr2N

二、主要研究方向類金剛石涂層（DLC）是一系列非晶碳膜的總稱，具有低摩擦、低內應力、高硬度等特點。在新型硬質DLC基薄膜技術研究中，通過PVD、PECVD等各種沉積技術的優化及組合，結合納米復合、多層及梯度薄膜設計思想，突破和掌握了金屬基體中間過渡層沉積技術、DLC金屬摻雜量與氫含量優化及控制技術、復雜曲面硬質DLC薄膜沉積技術、面向工況的DLC薄膜性能控制技術等多項關鍵技術，實現了DLC薄膜高結合強度、低內應力、高硬度、低摩擦系數的統一，獲得了一系列可針對不同應用工況的DLC基薄膜。三、新型硬質DLC基薄膜技術序號名稱主要性能指標采用的技術厚度/μm硬度/GPa附著力/Lc摩擦系數耐磨壽命/r1a-C:H1-31500-3500＞800.05-0.15＞5×105PACVD2W-C:H1-10800-2200＞1000.1-0.2＞5×105UBM/PACVD3Si-C:H1-31500-2500＞800.05-0.1＞5×105PACVD4CrN+W-C:H1-62000-2500＞1000.1-0.2＞5×105HYBRID/UBM5CrN+W-C:H+DLC1-32000-4000＞1000.05-0.15＞5×105UBM/PACVD6AlTiN+W-C:H1-62000-2500＞1000.1-0.2＞5×105HYBRID

1.DLC基薄膜膜系及其技術指標三、新型硬質DLC基薄膜技術1）應用領域航天空間活動部件如軸承、諧波減速器、齒輪傳動副等表面改性，顯著提高其耐磨損性能，特別適用于長壽命、高精度天線諧波驅動機構活動部件。三、新型硬質DLC基薄膜技術

2.DLC基薄膜應用領域及應用情況

軸承齒輪1）應用領域b）汽車

廣泛應用于汽車發動機部件（燃料噴射系統，氣閥機構，活塞等）；滑動和滾動部件（軸承套圈，滾柱）；泵和壓縮機（活塞、氣缸等），提高汽車零部件的工作壽命，對節能減排、特別是二氧化碳排放指標的實現具有重要意義。三、新型硬質DLC基薄膜技術

2.DLC基薄膜應用領域及應用情況1）應用領域c）機械加工

應用在鉆頭、銑刀、絲錐、刀片及各種成型刀，用于石墨切削，各種有色金屬切削（如鋁合金、銅合金等）以及非金屬硬質材料（如亞克力、玻璃纖維、PCB材料）切削等。三、新型硬質DLC基薄膜技術

2.DLC基薄膜應用領域及應用情況

2）應用典型實例

應用于光學設備某傳動軸，薄膜性能及應用效果通過德國satislohGmbH公司的測試評價：在軸上成膜均勻，膜基結合力好，硬度高、且膜厚能實現精確控制，完全能滿足使用要求。目前子公司薩特隆光學設備（中山）有限公司某傳動軸的表面處理均由我所完成，不再從德國總公司生產，成功的實現了替代。三、新型DLC基潤滑薄膜技術

2.DLC基薄膜應用領域及應用情況

以TiN、CrN等二元氮化物以及由此發展起來的三元或者多元氮化物，具有高硬度、耐磨損、耐高溫等特點，但其具有內應力大、表面粗糙等缺點限制了其應用。在耐磨損氮化物涂層技術研究中，通過采用先進磁控陰極電弧沉積技術（ACA）、高功率脈沖磁控濺射技術（HIPIMS），突破和掌握了金屬基體表面刻蝕清洗技術、內應力控制技術、復雜曲面均勻沉積技術等關鍵技術，顯著降低了其內應力、提高了其耐高溫性能，減少了表面液滴的產生，獲得了低內應力、耐高溫、耐磨損的氮化物涂層制備工藝，開發了一系列包含TiN、TiAlN、AlCrN、CrN在內的耐磨損氮化物涂層。四、硬質耐磨損涂層技術序號名稱主要性能指標采用的技術厚度/

μm硬度/GPa摩擦系數沉積溫度范圍(℃)最高工作溫度(℃)1TiN1-622-250.5＜450600ACA2TiAlN1-625-350.4＜450800ACA3TiN/TiAlN1-625-350.4＜450800ACA4TiCN1-430-320.4＜450600ACA5AlTiN1-625-350.4＜450900HIPIMS+6AlCrN1-1030-320.35＜4501100HIPIMS+7CrN1-3015-250.3150-450700HIPIMS+8Cr2N1-515-300.3200-600700HIPIMS+四、耐磨損氮化物涂層技術

1.硬質耐磨損涂層及其技術指標四、耐磨損氮化物涂層技術

2.應用領域及應用情況1）應用領域

主要應用于刀具行業，通過提高刀具表面硬度，熱穩定性，降低摩擦系數等方法來提升切削速度，提高進給速度，從而提高切削效率，并大幅提升刀具壽命。四、耐磨損氮化物涂層技術

2.應用領域及應用情況1）應用實例應用于擠壓絲錐與立銑刀。經用戶評價：擠壓絲錐鍍膜后其壽命由6m提高到了17.886m，立銑刀鍍膜后壽命由8m提高到了20.38m。目前該廠生產的全部擠壓絲錐、立銑刀均由我所進行表面鍍膜，后續還將推廣至該廠其他刀具。

510所技術力量雄厚，工藝裝備先進，具有國際尖端的多弧/磁控復合沉積技術及高功率脈沖磁控濺射技術等，具有沉積速率快、涂層性能優異、工藝重復性好等優點，可實現大批量生產。五、生產能力序號所屬名

稱主要性能指標1減摩耐磨薄膜生產設備復合功能梯度薄膜鍍膜機可實現高功率脈沖磁控濺射、多弧鍍、非平衡磁控濺射技術以及相結合的復合鍍膜技術。5個靶位，有效鍍膜空間為：φ650mm×650mm，極限壓力優于5×10-5Pa.2高能脈沖磁控濺射鍍膜機可實現先進磁控陰極電弧沉積技術、非平衡磁控濺射技術、以及兩者復合技術。5個靶位，有效鍍膜空間為：φ650mm×800mm，極限壓力優于5×10-5Pa.3非平衡／多弧鍍膜系統可實現非平衡磁控濺射、多弧鍍及等離子體化學氣相沉積等鍍膜技術。3個靶位，有效鍍膜空間為：φ350mm×500mm，極限壓力優于5×10-5Pa。

團隊人員長期從事潤滑技術的研發與應用，工程經驗豐富。

研發、生產與檢驗人員結構完整，含研究員2名，高級工程師5人，工程師10人以及各類生產試驗人員12人。研發人員具有研究生學歷的占90%。該團隊具備根據客戶需求進行潤滑技術及工藝定制的能力，特別是針對復雜極端工況的潤滑方案制定與實施。在硬件設施與技術方面，具備國際先進的薄膜沉積設備，所有涂層沉積工藝參數實時監控，工藝穩定，批次重復性好，薄膜技術指標達到國際先進水平。

具備完善的薄膜性能測試評價設備，能完成薄膜各種性能的檢測與評價。六、人才隊伍及硬件設施

510所通過了軍工產品質量體系和ISO9001質量認證體系，建立了嚴格的質量控制體系。針對減摩耐磨薄膜技術民用應用，建立了涂層生產線，通過零件表面檢查、清洗檢查、涂層外觀檢查及一系列性能測試，確保每一批次涂層產品質量，可以為用戶提供高性能和高可靠的減摩耐磨涂層產品。七、質量控制及產品保證八、采礦裝備機械部件潤滑技術初步建議

根據中銅集團初步技術需求，我們對采礦裝備典型零部件進行了調研。

采礦裝備的工作條件與要求決定了其零部件必須具有長壽命與高可靠的要求，機械潤滑技術是保證零部件乃至整個裝備長壽命高可靠的關鍵基礎技術。采礦裝備典型零部件有軸承、齒輪等，其中軸承肩負著機器的整個負載，需要軸承處于良好的潤滑狀態，可選擇基于硬質涂層結合潤滑油的復合潤滑技術。510所憑借多年從事潤滑技術研究與工程應用的能力與經驗，完全具備根據采礦裝備機械部件具體工況提供合適可靠的潤滑技術的能力。510所可以根據用戶的需求提供技術方案、零部件潤滑處理，如有必要，510所也可以與用戶聯合成立相關實體進行更為深遠的合