[发明专利]一种掺杂Cr的DLC涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂Cr的DLC涂层的制备方法，充分利用了高功率脉冲磁控溅射膜层光洁度、均匀度、致密度高的优点，为改善DLC涂层结合力和膜层韧性差的缺点，采用了底层和过渡层设计方法。这一独特的膜系设计和参杂工艺既保证了涂层结合力的提高，又保证了涂层沉积速率、涂层致密性和耐磨减摩性能的提高。采用本发明的方法制备的掺Cr的DLC涂层外观呈灰黑色，表面光滑致密，涂层的硬度32GPa，膜基结合力达到72N，涂层厚度为1.45μm。涂层的干摩擦系数为0.2。表明掺Cr的DLC涂层具有良好的耐磨和减摩性能。

技术领域

本发明属于涂层材料技术领域，具体涉及一种掺杂Cr的DLC涂层的制备方法。

背景技术

物理气相沉积技术表示在真空条件下，采用物理方法，将材料源——固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。申请号为“201210423173.5”，专利名称为“一种掺Ti的类金刚石涂层的制备方法”中公开了一种制备掺Ti的DLC涂层的方法，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，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。制备的该掺Ti的DLC涂层外观呈黑色，表面光滑致密，涂层的硬度28GPa，膜基结合力达到60N，涂层厚度为2.5μm，当摩擦副为Al2O3球时，涂层的干摩擦系数为0.2。表明掺Ti的DLC涂层具有良好的耐磨和减摩性能。

上述专利在制备工艺、膜系设计均取有一定的新颖性，性能上取得了一定的突破。然并不适用于钨钴硬质合金系列的膜层设计与制备工艺。针对硬质合金工具最常用的材料钨钴合金的DLC膜系设计和制备方法，鲜有报道。

发明内容

本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种掺杂Cr的DLC涂层的制备方法，具体步骤为：

步骤S1:将表面处理好的钨钴合金基体放入溅射设备腔体的转架杆上，该转架整体转动的同时，转架杆自转，以保证涂层的均匀性；

步骤S2:以长柱型Cr靶作为参杂源，以长住型石墨靶作为碳元素的来源，平面Cr靶为参杂Cr元素来源，均匀分布并安装在炉体内壁上，采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；分别采用Cr层作为打底层、CrN、CrN₂、Cr+C作为梯度过渡层，高纯N₂作为过渡层反应气体，C₂H₂作为DLC层反应气体，形成Cr、CrN、CrN₂、Cr+C、α-C：H的多层膜系涂层；

步骤S3:制备工艺条件：

A)等离子体洗靶：

靶体装入真空室后，抽真空并加热到真空室温度为400℃。通入200sccm的Ar到真空室，开偏压至1000V，炉体内气压为2Pa，对真空室的靶体表面进行轰击清洗，持续800s；

B)等离子体清洗基体：

基体装入真空室后，抽真空并加热到真空室温度为400℃。通入200sccm的Ar到真空室，开偏压至1000V，炉体内气压为2Pa，对真空室的靶体表面进行轰击清洗，持续1940s；

C)Cr底层制备：

腔体温度设定400度，调节Ar通量到200sccm、腔体气压设定为2Pa，然后开启柱弧Cr靶，调整偏压到60V，HIPIMS电压为2000V，电流500A，溅射功率10Kw，打底层阶段时间设定为600秒；

D)CrN过渡层制备：