[发明专利]一种类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层及其制备方法

说明书

本发明属于真空镀膜技术领域，提供了一种类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层及其制备方法。所述类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层涂覆在基底上，包括在所述基底上沉积的金属过渡层，在所述金属过渡层上依次交替沉积的立方氮化硼涂层和类金刚石涂层，所述类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层的最外层为类金刚石涂层。本发明提供的类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层，不仅涂层应力小，而且涂层韧性好，具有较长的使用寿命和较好的耐磨性。

技术领域

本发明属于真空镀膜技术领域，尤其涉及一种类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层及其制备方法。

背景技术

类金刚石(DLC)是一种含有sp²和sp³键合特征的非晶碳材料，具有高硬度、低摩擦、良好的导热及生物相容性能，在刀具、模具、零部件以及生物医疗器件等领域有着广泛的应用前景。但是由于残余应力高，导致使用类金刚石制备的涂层易剥落，膜基结合强度低，且韧性较差，极大限制了类金刚石涂层的工业应用。为了解决类金刚石涂层的残余应力问题，研究人员采取了多种技术手段，如：热退火、掺杂、加脉冲偏压、多层复合结构设计等，其中多层复合结构是通过两种具有不同弹性模量的材料交替沉积形成，由于层界面的增加使得涂层单层厚度降低，可以减小涂层的弯曲应力；此外，层界面对裂纹具有偏转和钝化作用，可以提高涂层的整体韧性。

目前，有关类金刚石复合涂层的工作报道多是含金属掺杂的类金刚石，类金刚石的多层结构涂层少有报道，现有专利公开了一种类金刚石复合二硫化钼纳米多层薄膜及其制备方法，具体公开了采用双靶磁控溅射技术在不锈钢基底上交替沉积类金刚石层和二硫化钼层，最终获得类金刚石复合二硫化钼纳米多层薄膜，制备方法如下：对不锈钢基底进行超声清洗预处理，然后置于MFD800型双靶磁控溅射气相沉积系统的真空腔中，依次进行以下步骤：(a)预抽真空至5x10^-4Pa，偏压为-500～-1000V，对不锈钢基底进行20～30min的氩等离子体溅射活化处理；(b)单层类金刚石碳薄膜沉积，采用直流电源控制石墨靶，靶电流为1.0～1.4A，沉积压强0.8Pa，基底偏压-200～-400V，沉积时间1～15min；(c)单层二硫化钼润滑层沉积，采用射频电源控制二硫化钼靶，功率为200～600W,沉积时间为1～10min；(d)重复(b)和(c)步骤，交替沉积类金刚石层和二硫化钼层，直到所需厚度或层数，最终在不锈钢基底表面获得类金刚石复合二硫化钼纳米多层薄膜。这种双靶磁控溅射方法制备类金刚石和二硫化钼复合涂层的技术，虽然能够一定程度减小类金刚石的残余应力，增加涂层的韧性，但是一方面，二硫化钼容易被氧化，导致得到的涂层使用寿命短，且摩擦系数对环境依赖大；另一方面，二硫化钼与类金刚石结合力弱。此外，采用双靶磁控溅射方法，磁控溅射等离子体集中在环形磁场区域，靶材利用率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层，旨在解决现有类金刚石涂层存在的残余应力大、韧性低、使用寿命短、耐磨性差的问题。

本发明的另一目的在于提供一种类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层的制备方法。

本发明是这样实现的，一种类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层，所述类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层涂覆在基底上，包括在所述基底上沉积的金属过渡层，在所述金属过渡层上依次交替沉积的立方氮化硼涂层和类金刚石涂层，所述类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层的最外层为类金刚石涂层。

相应的，一种类金刚石/立方氮化硼多层复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

提供一基底，对所述基底进行表面清洁处理；

在离子源/电弧离子镀复合镀膜设备中通入氩气，流量为50～400sccm，调节真空室压强为0.2～1.3Pa，开启过渡金属电弧靶，调节靶电流为80～200A，基底偏压100～300V，在所述基底表面沉积金属过渡层；