[发明专利]一种微纳结构层和提高氟化类金刚石薄膜与钢基体结合力的方法

说明书

本发明涉及钢基体薄膜材料技术领域，尤其涉及一种微纳结构层和利用微纳结构层提高氟化类金刚石薄膜与钢基体结合力的方法。本发明的微纳结构层，包括在钢基体表面依次层叠设置的钢修饰层、钢掺杂过渡层和钢掺杂氟化类金刚石薄膜层；所述钢掺杂氟化类金刚石薄膜层与所述氟化类金刚石薄膜接触。本发明的钢修饰层、钢掺杂过渡层和钢掺杂氟化类金刚石薄膜层均为连续的钢结构，使钢能够穿插于整个微纳米结构层中，所述钢的贯穿起到类似铆钉的作用，以提高FDLC薄膜与钢基体的结合力；同时，所述钢掺杂过渡层，起到阻止碳元素在钢基体中的扩散和FDLC薄膜与钢基体热膨胀系数的匹配，降低薄膜的内应力。

技术领域

本发明涉及钢基体薄膜材料技术领域，尤其涉及一种微纳结构层和提高氟化类金刚石薄膜与钢基体结合力的方法。

背景技术

氟化类金刚石(FDLC)薄膜是一种类金刚石(DLC)薄膜改性材料，强电负性氟原子的引入使DLC玻薄膜的物理、化学性能均发生了显著的变化。FDLC具有良好的化学惰性、良好的机械性能、低的表面能、优异的生物相容性，可以用作自润滑、低摩擦的抗摩膜，折射率低、色散小的抗反射膜，紫外强吸收的保护膜，以及生物相容性、抗细菌黏附医用疏水膜，在力学和光学领域、特别在生物医学方面有独特的应用前景。

在钢基体表面直接沉积FDLC薄膜，并使之与基体具有较好的结合力存在一定难度，FDLC薄膜与钢基体的结合力较差主要有以下原因：1)碳元素在铁材料中具有较高的扩散系数；2)铁元素的sp²键催化作用促使FDLC薄膜石墨化，破坏薄膜力学特性；3)FDLC薄膜与钢基体的热膨胀系数相差一个数量级，导致薄膜具有极高的压应力，从而降低膜-基体间的附着力。

因此，如何提高FDLC薄膜与钢基体之间的结合力显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种微纳结构层和提高氟化类金刚石薄膜与钢基体结合力的方法，所述微纳结构层可以在很大程度上提高氟化类金刚石薄膜与钢基体的结合力。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种提高氟化类金刚石薄膜与钢基体结合力的微纳结构层，包括在钢基体表面依次层叠设置的钢修饰层、钢掺杂过渡层和钢掺杂氟化类金刚石薄膜层；

所述钢掺杂氟化类金刚石薄膜层与所述氟化类金刚石薄膜直接接触。

优选的，所述钢掺杂过渡层为钢掺杂的SiC层。

优选的，所述钢掺杂的SiC层中钢的掺杂量为10～40at％。

优选的，所述钢掺杂氟化类金刚石薄膜层中钢的掺杂量为5～20at％。

优选的，所述微纳结构层的厚度为85～430nm。

本发明还提供了一种提高氟化类金刚石薄膜与钢基体结合力的方法，包括以下步骤：

在钢基体表面依次溅射钢修饰层、钢掺杂过渡层、钢掺杂氟化类金刚石薄膜层和氟化类金刚石薄膜层；

所述钢修饰层、钢掺杂过渡层和钢掺杂氟化类金刚石薄膜层分别为上述方案所述的微纳结构层中的钢修饰层、钢掺杂过渡层和钢掺杂氟化类金刚石薄膜层。

优选的，当溅射所述钢修饰层时，所述溅射为直流溅射；

所述直流溅射的条件为：靶为钢，工作气体为氩气；所述氩气的流量为10～40sccm，真空室气压为0.7～1.5Pa，溅射功率为5～200W，所述钢基体的温度为40～200℃，溅射时间为1～5min。

优选的，当溅射所述钢掺杂过渡层时，采用直流溅射的方式溅射钢靶，采用射频溅射的方式溅射SiC靶。

优选的，所述直流溅射和射频溅射在真空室中同时进行，工作气体均为氩气，所述氩气的气流量为10～40sccm，真空室气压为0.7～1.5Pa；