[发明专利]一种类金刚石镀膜过程中金属打底的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及真空镀膜领域，具体地说是一种提高类金刚石涂层与基体结合力的镀膜工艺。

背景技术

等离子全方位离子技术(Plama Immersion Ion Deposition-PIID)是近些年发展起来的一种表面处理技术，它的优势在于可以对复杂工件内外表面同时进行镀膜，尤其是对管道镀膜优势明显。利用PIID技术制备得最多的涂层之一就是类金刚石涂层(Diamond Like Carbon-DLC)。然而，由于DLC涂层的内应力比较高，与基体间结合力差、批量化稳定性低等原因，使其应用领域受到了极大束缚。

一、对于提高其结合力的方法上，研究方向主要包括以下几个方面：

(1)表面预处理

工件材质和表面状况的不同，采取的表面预处理工艺也会有所差异，常用的表面预处理工艺有干式喷砂、湿式喷砂、酸洗、碱洗、漂洗、烘干等工序，有时会结合超声波使用。

(2)过渡层

过渡层技术即在DLC涂层与基体之间镀一层过渡层膜，这层膜的厚度通常只有几百纳米到几个微米厚，它不仅可以与基体原子间可以形成稳定的化学键，还可以和外层DLC涂层里面的C元素形成化学键，从而可以显著提高DLC涂层的结合力。

(3)等离子渗氮

等离子渗氮技术是在镀DLC涂层之前向真空室内充入N2，在高能量N等离子体的轰击下，部分N原子会渗入基体几微米到几十微米深，同时会与基体原子形成氮化物，这样在外层镀DLC后可以显著提高结合力。

(4)等离子注入

等离子注入和渗氮相似，区别在于前者是在几万伏高压下进行的，后者则是几千伏，等离子注入的元素一般都是较小的原子，其结合力比等离子渗氮的效果更好。

二、对于降低内应力的方法上，研究方向主要包括以下几个方面：

(1)涂层中掺杂非金属/金属元素

内应力高是传统DLC涂层的特点之一，高的内应力使其在较高的应力作用下产生脆性崩裂。科研人员发现在DLC涂层镀膜过程中掺杂一些非金属/金属元素可以降低其内应力，一般通过充入气体实现，掺杂的元素有Si，F，P，Cr，Ti，Al等。

(2)降低镀膜频率/镀膜电压

镀膜工艺参数也可以显著降低内应力，一般采取降低镀膜频率或者降低镀膜电压来实现。然而，镀膜频率的降低使镀膜速率下降，延长了镀膜时间，降低了效率；镀膜电压的降低会使离化率下降，同时涂层的硬度也会不同程度下降。因此，合理选择十分关键。

三、对于提高批量化稳定性的方法上，研究方向主要包括以下几个方面：

(1)设计合理、专用的夹具

对于PIID技术而言，不同形状、不同尺寸的工件使用的夹具完全不同，夹具设计的基本原则是导电性好、轻便性、装炉量最大化、离化率高、寿命长等，设计一件合理、专业的夹具实现批量化、稳定化镀膜的前提。

(2)设计合理的充气装置和抽气装置，保证真空罐内气压的稳定性

研究表明：充气和抽气的好坏会影响真空室内气压的分布，从而会影响涂层的均匀性。充气装置一般由气源、流量计、充气管道、截止阀等组成，抽气装置一般有抽气泵组(机械泵、罗茨泵、扩散泵、分子泵)、节流阀(Throttle Valve)等组成。

(3)减少人工干预的不可控性

现代化的工业设备中，由于计算机的普及，智能化的程序的使用可以减少人工干预的不可控性，基本实现零误差，从而可以保证每批次的产品质量。对于镀膜设备而言，通过植入良好的PLC程序，基本实现一键式操作，这样只需要在设备提示的时候进行合理操作即可。

发明内容

本发明提供一种类金刚石镀膜过程中金属打底的工艺，达到增强类金刚石涂层和基体的结合力的目的。

本发明解决技术问题采用如下方案：

一种类金刚石镀膜过程中金属打底的工艺，所述工艺包括等离子体清洗、金属网罩等离子沉积/金属有机物蒸汽输入沉积两步组成。该工艺特点在于：

所述的等离子体清洗是将Ar，Kr等稀有气体充入真空罐体中，在工件上施加高压产生稀有气体的等离子体，这些等离子体中带正电的离子轰击工件表面达到等离子清洗的效果。