[发明专利]一种采用增强辉光放电复合调制强流脉冲电弧制备的ta-C涂层及制备方法有效

专利信息
申请号: 202010736219.3 申请日: 2020-07-28
公开(公告)号: CN112030127B 公开(公告)日: 2022-08-16
发明(设计)人: 郎文昌 申请(专利权)人: 温州职业技术学院
主分类号: C23C14/48 分类号: C23C14/48;C23C14/06;C23C14/32;C23C14/35;C23C14/14
代理公司: 温州名创知识产权代理有限公司 33258 代理人: 朱海晓
地址: 325000 浙江省温州市瓯海*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 采用 增强 辉光 放电 复合 调制 脉冲 电弧 制备 ta 涂层 方法
【说明书】:

发明属于真空镀膜涂层制备领域,具体涉及一种采用增强辉光放电复合调制强流脉冲电弧制备的ta‑C涂层及制备方法。采用增强辉光放电沉积纯金属作或化合物层为基础层,并通过利用脉冲弧源在调制脉冲高偏压下形成注入层,同时形成ta‑C膜的形核点,促进ta‑C的形核结晶,可有效提升基体与涂层之间的结合力;同时在强流脉冲弧源及调制线圈的作用下的弧光放电中辅助以增强辉光放电技术提供的纯金属作为掺杂金属同时沉积在ta‑C层中,掺杂金属与碳形成碳化物相,并以纳米晶颗粒的形式镶嵌在非晶碳网络结构中,而形成的纳米复合结构中存在大量的纳米晶界,内应力可以通过晶界的扩散或滑移得到释放,可有效提高ta‑C层的结合力。

技术领域

本发明属于真空镀膜涂层制备领域,具体涉及一种采用增强辉光放电复合调制强流脉冲电弧制备的ta-C涂层及制备方法。

背景技术

类金刚石其可以分为含氢类金刚石与非氢类金刚石,其中含氢类金刚石制备方法较多,例如:物理气相沉积技术(PVD)中的离子束沉积(IBD)、磁控溅射、电弧离子镀、脉冲激光沉积等,化学气相沉积技术(CVD)中的热丝化学气相沉积、等离子化学增强气相沉积(PECVD);而非氢类金刚石也被称为无氢四面体非晶碳(ta-C),其较为成功的制作方法主要是HIPIMS+OSC(高功率脉冲磁控溅射+振荡器)、Laser-Arc(激光弧沉积)以及FCVA(磁过滤阴极真空电弧)。其中,HIPIMS+OSC是利用适当的脉冲频率在每一个脉冲产生是会被放大至很高值的震荡,从而产生高度电离的等离子体,从而有利于高能碳粒子流的产生,以期形成富有高含量的SP3的四面体非晶碳膜;磁过滤阴极电弧是通过利用较长的(直道或弯道)等离子体通道及套装在上面的电磁线圈来实现过滤获得弧光放电中的碳离子流,降低石墨靶弧光放电中的大颗粒,从而在一定偏压下形成四面体非晶碳膜;激光弧技术主要是通过利用高能激光辐照石墨靶材表面,并利用一定的(过滤)跑道来祛除大颗粒,实现较为纯净的碳离子流沉积在待镀基体表面。

HIPIMS+OSC、Laser-Arc及FCVA技术虽然能够获得SP3含量极高的ta-C涂层,但是其沉积速率极慢,而且装备成本高昂,主要应用于高精工模具表面处理,不能得到广泛的技术应用。

制备的DLC碳膜虽然可以在基体材料表面形成超润滑、高硬的ta-C层,但是其涂层受内应力的影响(其内应力可达到十几GPa),极易导致碳膜从基材上剥落。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足,而提供一种采用增强辉光放电复合调制强流脉冲电弧制备的ta-C涂层及制备方法。

本发明所采取的技术方案如下:一种采用增强辉光放电复合调制强流脉冲电弧制备的ta-C涂层,包括依次连接的基础层、注入层、掺杂ta-C层;

基础层为采用增强辉光放电阴极源形成的纯金属层或化合物层;

注入层为利用脉冲弧源石墨靶放电,在调制脉冲高偏压下形成注入的碳层;

掺杂ta-C层为以增强辉光放电阴极源提供掺杂金属,同时采用调制强流脉冲电弧在石墨靶上弧光放电产生的离化的碳离子形成的掺杂的无氢四面体非晶碳层;

增强辉光放电阴极源中设有内凹曲面阴极和单极磁场;

调制强流脉冲电弧为所述调制强流脉冲电弧为利用可远程调节的具有较大周期并可实现线性调控的矩形波线圈电流或可任意编程直流线圈电流驱动石墨弧斑运动并在石墨靶上施加以一定基值电流为稳弧电流并周期性叠加瞬间调制强电流的脉冲弧电源。

电磁增强的内凹曲面阴极在大电流作用下,与单极磁场相互作用,内凹曲面阴极产生辉光放电过程中,将会产生电子汇聚,电子汇聚将会引发空心阴极放电效应,从而可以稳定输出金属粒子流。

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