[发明专利]一种掺Ti的类金刚石涂层的制备方法无效

专利信息
申请号: 201210423173.5 申请日: 2012-10-29
公开(公告)号: CN102925862A 公开(公告)日: 2013-02-13
发明(设计)人: 马胜利 申请(专利权)人: 西安浩元涂层技术有限公司
主分类号: C23C14/22 分类号: C23C14/22;C23C14/06;C23C14/54
代理公司: 西安恒泰知识产权代理事务所 61216 代理人: 李郑建
地址: 710089 陕西省西安市阎良国家*** 国省代码: 陕西;61
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摘要:
搜索关键词: 一种 ti 金刚石 涂层 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明属于涂层材料制备领域,具体涉及一种掺Ti的类金刚石涂层(以下简称DLC涂层)的制备方法。采用本发明的方法制备的DLC涂层,具有耐磨和减摩性能,外观呈黑色,表面光滑致密,涂层的硬度28GPa,膜基结合力60N,涂层厚度2.5μm,摩擦系数0.2。有望进一步满足涂层在刀具、模具及机械耐磨零部件应用上的更高要求。 

背景技术

随着先进制造技术的高速发展,对刀具、模具及机械零部件在精度、使用寿命和功能上提出了更高的要求,特别是它们的表面质量决定了被加工产品的合格率、生产效率,以及机械设备零部件的性能等。大量实践证明,气相沉积硬质涂层是一种能有效改善和提高材料表面性能的方法。近十年来气相沉积技术,尤其是物理气相沉积PVD(Physical Vapor Deportation)技术取得了突飞猛进的发展,各类PVD技术制备的TiN,TiCN,TiAlN、DLC等涂层极大的提高了材料表面的各类使用性能,如耐磨、减摩、抗腐蚀、抗冲击和抗氧化性能等。硬质涂层技术的运用使各类刀具、模具及机械耐磨件在性能与效益方面发挥更大的优势,具有巨大的应用潜力。特别是进入21世纪后,类金刚石涂层DLC(Diamond-like Carbon)以其高硬度、低摩擦系数和良好的化学稳定性引起人们的广泛关注。DLC涂层是含有金刚石结构(sp3键)和石墨结构(sp2键)的亚稳非晶态物质,DLC涂层中的碳原子主要以sp3和sp2杂化键结合。然而,DLC涂层虽具有优异的性能,但涂层自身内应力大、韧性差,经常在使用过程中发生开裂和剥落,不能有效发挥它的功效。因此,目前世界范围正在研发各种掺杂金属或非金属元素的DLC涂层的制备方法, 所得到掺杂的DLC涂层使用性能得到显著改善。但由于DLC涂层掺杂成份及结构不同,DLC涂层性能及适用范围有着相当大的差别。为此,本发明试图设计一种具有较好结合力和强韧性配合的掺Ti的DLC涂层及其制备方法。 

目前,制备DLC涂层主要采用物理气相沉积PVD技术,一般分为二类,一是磁控溅射沉积技术,该方法具有DLC膜层致密和表面光洁度高等优点,目前主要应用在装饰工件和部分工模具上。但磁控溅射的主要缺点是涂层结合力不高,沉积速率较慢,难以满足严酷服役条件下的工件表面强化要求。二是电弧离子镀沉积技术,电弧离子镀DLC涂层具有沉积速率快、结合力高等优点,目前主要应用在刀具和模具表面涂层制备上。但电弧离子镀涂层中的液滴由于制备原理本身的限制,始终无法彻底消除,导致涂层结构较为疏松,表面粗糙度差等。 

发明内容

基于上述各种涂层制备方法的不足,本发明的目的在于,提供一种采用电弧与磁控溅射复合镀膜技术HAMSD(Hybrid Arc-Magnetron Sputtering Deposition)制备掺Ti的DLC涂层的新方法,有望进一步满足涂层在刀具、模具及机械耐磨零部件应用上的更高要求。 

为了实现上述任务,本发明采取如下的解决方案: 

一种掺Ti的DLC涂层制备方法,其特征在于,该方法包括下列步骤: 

1)将预处理好的基体放入电弧与磁控溅射复合镀膜设备的转架杆上,该转架杆随转架台转动,或者自转,以保证镀膜过程的均匀性。 

2)以柱弧Ti靶作为Ti源,以平面C靶作为C的来源,平面C靶共三对,以均布的方式安置在炉体内壁上,采用高纯Ar作为主要离化气体,保证有效的辉光放电过程;采用高纯N2作为反应气体,使其离化并与Ti、C元素结合,在基体表面沉积形成掺Ti的DLC涂层。 

3)制备工艺条件: 

A)工件等离子体清洗: 

基体装入真空室后,抽真空并加热到真空室温度为350℃。通入10ml/min的Ar到真空室,当真空室气压达到6Pa时,开偏压至-1000V对真空室的基体表面进行轰击清洗,持续30min。 

B)Ti底层制备: 

调节氩气流量到30ml/min、将真空室气压调至0.3Pa,然后开启柱弧Ti靶、柱弧电流为80A,调整偏压到-200V并保持10min,在基体表面制备Ti底层。Ti底层制备过程中真空室温度为350℃。 

C)TiC过渡层制备: 

Ti底层制备完成后,保持柱弧Ti靶的柱弧电流80A不变,打开平面C靶的控制电源,将平面C靶的电源功率调至1.5kW,在Ti底层上制备TiC过渡层,持续10min。TiC过渡层制备过程中真空室温度为350℃,镀膜偏压-200V,气压0.3Pa。 

D)掺Ti的DLC涂层的制备: 

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