[发明专利]一种提高镁合金抗磨损性能的碳膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高镁合金抗腐蚀性能和抗磨损性能的保护薄膜及其制备方法。

背景技术

镁合金具有密度小，比强度、比刚度高、铸造性好，可循环再利用等优点，在能源、 交通、航空航天、机械，电子等领域得到了日益广泛的应用。但镁合金存在的抗摩擦磨 损性能差、耐腐蚀性差、硬度低等几个关键问题，使其广泛应用受到极大制约。除了微 弧氧化、阳极氧化等传统表面处理技术，采用绿色、干式、无毒的真空镀膜技术，在镁 合金表面沉积一层硬质耐磨防护涂层是目前解决上述关键问题的最理想技术途径。

与传统硬质耐磨防护涂层相比，类金刚石(Diamond-like carbon，DLC)薄膜是具有 高硬度、低摩擦系数、良好耐腐蚀性和耐磨损性等诸多优点的新型硬质保护涂层材料， 在机械、微机电、工模具、航空航天等领域已显示了重要应用前景和价值。尤其因其表 现出的极低摩擦系数、良好耐磨损性和化学惰性，在镁合金材料表面开展类金刚石薄膜 材料制备技术的研究，被认为是改善镁合金耐磨损性差和耐腐蚀性，提高其使用寿命和 可靠性运行的理想方法之一。然而，目前有关此方面的研发工作还非常少。考虑到类金 刚石薄膜制备过程中因高能离子轰击而导致薄膜中存在的高残余压应力，以及薄膜与软 基材镁合金之间晶格参数、物化特性的较大差异，类金刚石薄膜与镁合金基材间的结合 力往往很差，这一方面导致薄膜容易剥落，保护功能失效；一方面也导致厚膜生长难以 获得。如何从制备技术和涂层结构设计出发，实现强膜/基结合力、高硬度、低摩擦系数 的镁合金用类金刚石薄膜制备是目前亟需解决的技术关键。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种应力低、在镁合金 上具有较高的附着力的碳膜。

本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种应力低、在镁合金 上具有较高的附着力的碳膜的制备方法。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：该提高镁合金抗磨损性能的 碳膜，其特征在于：该碳膜为类金刚石薄膜，并且该类金刚石薄膜中含有原子百分比为 2％～10％的金属元素。

所述金属元素为钛或铬或钨。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：该提高镁合金抗磨损性能的 碳膜的制备方法，采用磁控溅射与离子束溅射复合镀膜机进行所述类金刚石薄膜的制 备，该磁控溅射与离子束溅射复合镀膜机包括真空室、磁控溅射源、线性离子源和能同 时公转和自转的工件托架，工件托架安装在真空室内部，其特征在于：在所述真空室的 气压大于等于2×10^-5Torr，温度小于等于100℃情况下，通过以下步骤制备所述类金刚 石薄膜：

步骤一、清洗基体：将基体置于真空室的工件托架上，将真空室气压调整到2×10^-3Torr，开启线性离子源，向线性离子源通入30～50sccm氩气，线性离子束源工作电流为 0.2A，工作功率为260～300W，同时将基体的负偏压设为100～300V，工作时间为20 分钟；

步骤二、在基体表面沉积类金刚石薄膜：同时开启线性离子束源和磁控溅射源，磁 控溅射源为纯度大于等于99.99％的单质铬靶或纯度大于等于99.99％的单质钛靶或纯度 大于等于99.99％的单质钨靶，向线性离子源通入CH₄或C₂H₂等碳氢气体，气体流量为 25～35sccm，，线性离子束源工作电流为0.2A，工作功率为280～320W；向磁控溅射源 通入50～60sccm氩气，磁控溅射功率为1～1.5KW，工作电流为3A；通过改变碳氢气 体与氩气的比例，来控制薄膜中金属元素的掺杂量，使该类金刚石薄膜中金属元素的原 子百分比为2％～10％，同时将基体的负偏压设为50～100V，工作气压设为4.5×10^-3Torr， 沉积时间为1～2小时；

步骤三、待真空室温度降至室温，打开真空室腔体，取出基体，该基体表面即为所 述类金刚石薄膜。

所述基体为镁合金基体。

与现有技术相比，本发明的优点在于：在类金刚石薄膜中引入微量金属元素，在极 大降低薄膜内应力同时，对类金刚石薄膜硬度损伤较小，可以较大提高类金刚石薄膜与 镁合金基体的附着力和镁合金的耐磨损寿命。

附图说明