[发明专利]一种掺杂的类石墨复合薄膜及其制备方法、含有掺杂的类石墨复合薄膜的部件

说明书

本发明涉及一种掺杂的类石墨复合薄膜及其制备方法、含有掺杂的类石墨复合薄膜的部件，该掺杂的类石墨复合薄膜由掺杂元素和类石墨组成，掺杂元素为铈和铝；掺杂元素铈的质量百分比为6.47‑13.49%，掺杂元素铝的质量百分比为1.21‑12.26%，余量为类石墨。本发明掺杂的类石墨复合薄膜力学性能得到了增强，继而表现出优异的耐磨损性能；该铈和铝共掺杂的类石墨复合薄膜的结晶强度较高，硬度和弹性模量均提高10%以上。

技术领域

本申请涉及表面工程技术领域，具体涉及一种掺杂的类石墨复合薄膜及其制备方法、含有掺杂的类石墨复合薄膜的部件。

背景技术

类石墨碳基薄膜是以SP²杂化碳键为主、氢含量小于20％的一种非晶碳膜，也称为GLC，类石墨薄膜材料因其优异的润滑特性而受到了广泛的研究关注，这种薄膜材料抗氧化温度较高，减摩和抗辐射性能优异，它具有耐磨与自润滑一体化特性，在航空航天、高端装备无油润滑系统等领域得到了广泛应用。但是类石墨薄膜具有较高内应力、塑韧性差、与金属基体的相容性差等问题，Teer公司制备的Graphit-ic类石墨复合薄膜，通过复合一定含量的Cr元素调节了类石墨膜的塑韧性，减小了内应力，改善了复合薄膜的承载能力和耐磨性。然而由于Cr过渡层为柱状晶，晶界之间存在孔隙，使得薄膜较易剥落，影响了其耐磨性能及使用寿命。

稀土元素具有偶联效应和微合金化作用，在类石墨薄膜中掺杂稀土元素可以提高薄膜的综合性能，特别是热稳定性、耐磨性，因此稀土掺杂是新型固体润滑薄膜的一个重要研究方向，如申请公布号为CN101613855A的中国专利申请中公开了一种掺杂稀土元素的类石墨薄膜。

但是现有技术中的掺杂的类石墨薄膜存在硬度低、摩擦系数高、磨损率高的问题。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种掺杂的类石墨复合薄膜，以解决现有技术中类石墨薄膜硬度低、摩擦系数高、磨损率高的问题。

本发明的第二个目的在于提供一种掺杂的类石墨复合薄膜的制备方法，以解决现有技术中制备方法复杂化、成本高的问题。

本发明的第三个目的在于提供一种含有掺杂的类石墨复合薄膜的部件，提高部件的使用寿命。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种掺杂的类石墨复合薄膜，由掺杂元素和类石墨组成，掺杂元素为铈和铝；掺杂元素铈的质量百分比为6.47-13.49％，掺杂元素铝的质量百分比为1.19-12.26％，余量为类石墨。

本发明的掺杂的类石墨复合薄膜，由掺杂元素和类石墨组成，掺杂元素为铈和铝，同时控制掺杂元素铈和掺杂元素铝的质量百分比；具有特定质量百分比的掺杂的类石墨复合薄膜有效抑制了类石墨薄膜柱状晶的快速生长，消除了成膜粒子在快速扩散时形成的孔洞，使复合薄膜的力学性能得到了增强，继而表现出优异的耐磨损性能；该二元(铈和铝)共掺杂的类石墨基复合薄膜的结晶强度较高，硬度和弹性模量均提高10％以上。

一种掺杂的类石墨复合薄膜的制备方法，包括以下步骤：采用磁控溅射法在预热处理后的基体表面沉积掺杂的类石墨复合薄膜，冷却，即得。

本发明的掺杂的类石墨复合薄膜的制备方法，在保护气氛下，先对基体进行预热处理，然后采用磁控溅射法在基体表面沉积掺杂的类石墨复合薄膜，冷却，即得含有掺杂的类石墨基复合薄膜的部件。该制备方法具有简单化、成本低的特点。磁控溅射法是在保护气氛下，在溅射靶和镀膜室壁之间施加电压，在镀膜室内产生磁控型异常辉光放电，使保护气氛发生电离；保护气氛被溅射靶加速并轰击溅射靶表面，将靶材表面原子溅射出来沉积在基底表面上形成薄膜，通过更换不同材质的靶和控制不同的溅射时间，便可以获得不同材质和不同厚度的薄膜。

优选的，掺杂的类石墨复合薄膜由掺杂元素和类石墨组成，掺杂元素为铈和铝；掺杂元素铈的质量百分比为6.47-13.49％，掺杂元素铝的质量百分比为1.19-12.26％，余量为类石墨。