[发明专利]一种类石墨颗粒复合的类金刚石涂层及其制备方法和应用

说明书

本发明属于表面防护技术领域，公开了一种类石墨颗粒复合的类金刚石涂层及其制备方法和应用，所述类金刚石涂层是采用磁控溅射镀膜，以石墨靶和金属靶为原料，通过调整溅射气体的气压及磁控溅射的功率、脉宽和频率，在基体溅射沉积形成类石墨颗粒复合的类金刚石涂层。本发明的类金刚石涂层具有高硬度、抗摩擦磨损和优异的自润滑性能等特性的碳基薄膜。本发明涂层的制备工艺简单、成膜质量高、性能稳定，可广泛应用于机械、模具等产品表面的防护。

技术领域

本发明属于表面防护技术领域，更具体地，涉及一种类石墨(GLC)颗粒复合的类金刚石涂层(DLC)及其制备方法和应用。

背景技术

类金刚石(Diamond Like Carbon，DLC)涂层是一种非晶亚稳态的碳基薄膜，碳原子主要以sp³和sp²杂化键结合，可以分为含氢DLC(a-C:H)和无氢DLC(a-C或ta-C)两类。含氢DLC虽然具有极低的摩擦系数，良好的耐磨损性能，但是硬度较低，力学性能较差，工业制备过程中通入的甲烷或乙炔等碳源气体容易污染靶材和离子源，严重影响生产效率。因此，无氢DLC是工业制备高硬度的DLC首选方法。无氢DLC以sp³杂化键为主，其具有高硬度、化学稳定性优良等一系列优点，同时热稳定性比含氢DLC好，使其在光学、电学、材料、机械和防护材料等领域具有广泛的应用前景。但现阶段磁控溅射制备无氢DLC的摩擦性能相较于含氢DLC仍然有一定的差距，在干燥的空气中的摩擦系数达到了0.6以上，摩擦系数高、耐磨损性能较差，摩擦性能无法与同等条件下的含氢DLC相比。近年来国内外大量研究表明，一种以sp²键合碳为主的类石墨碳膜(Graphite Like Carbon,GLC)具有非常优异的摩擦学性能，其摩擦性能接近于含氢的DLC，但是其力学性能仍然无法与以sp³键合碳为主的无氢DLC相比，制备一种本身兼具优异力学性能和摩擦学性能的碳基薄膜，使其满足苛刻工况条件下的应用一直是研究的热点。

发明内容

为了解决上述碳膜在现有技术中存在的不足，本发明首要目的在于提供一种类石墨颗粒复合的类金刚石涂层，该涂层是一种新型的非晶碳基薄膜，不仅具有传统无氢DLC良好的力学性能和较高的硬度，同时其表面复合的类石墨(GLC)颗粒使其还具有非常优异的摩擦学性能。

本发明的另一目的在于提供上述类石墨颗粒复合的DLC涂层的制备方法。该方法是采用磁控溅射法，通过调整溅射气体的气压和磁控溅射的相关参数的方法，使得石墨靶能够均匀放电并溅射出类石墨颗粒，适合工业化生产。

本发明的再一目的在于提供一种上述类石墨颗粒复合的DLC涂层的应用。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种类石墨颗粒复合的类金刚石涂层，所述类金刚石涂层是采用磁控溅射镀膜，以石墨靶和金属靶为原料，通过调整溅射气体的气压及磁控溅射的功率、脉宽和频率，在基体溅射沉积形成类石墨颗粒复合的类金刚石涂层；

所述类石墨颗粒复合的类金刚石涂层的具体制备过程如下：

S1.清洗基体：将经抛光处理后的基体送入超声波清洗机，依次用丙酮、无水乙醇分别进行超声清洗，然后用去离子水漂洗，再用普氮吹干；

S2.抽真空和离子束刻蚀清洗腔体：离子镀膜机安装石墨靶和金属靶，用高功率吸尘器清洗镀膜室；将超声清洗后的基体置于真空室的工件支架上，真空室抽真空，至真空5.0×10^-3Pa以下，随后开启离子源，向离子源通入100～300sccm氩气，设置离子源功率0.7～1.2kW，偏压-300V～-600V，刻蚀清洗；

S3.离子束刻蚀基体：向离子源通入200～300sccm氩气，设置偏-800～-1000V，离子源功率0.8～1.2kW，进行离子束刻蚀；