[发明专利]一种脉冲复合射频增强空心阴极长管内壁沉积类金刚石涂层方法

说明书

一种脉冲复合射频增强空心阴极长管内壁沉积类金刚石涂层方法，本发明一种脉冲复合射频增强空心阴极长管内壁沉积类金刚石涂层方法。本发明的目的是为了解决现有长管道内壁沉积类金刚石涂层过程中出现的等离子体密度低，膜层较厚之后绝缘沉积效率低的问题，本发明将射频和脉冲电源通过射频与脉冲的匹配电源网络复合连接，以Ar气、TMS和乙炔为反应气体，经过对管内壁的打磨清洗干燥、辉光刻蚀、沉积过渡层、将DLC涂层沉积于(长0.2m‑30m，直径50mm‑500mm)管内表面，膜的厚度达10μm以上，膜层沉积速率0.2μm/min。本发明应用于材料制造领域中。

技术领域

本发明涉及一种脉冲复合射频增强空心阴极长管内壁沉积类金刚石涂层方法。

背景技术

在目前的工业生产和制造中管道构件服役的工况条件越来越恶劣，管道的使用寿命在不断地缩短，也导致了资源的浪费和生产成本的增加，降低了生产效益。等离子体增强化学气相沉积是利用气体辉光放电，产生的低温等离子体来增强反应物质的化学活性，促进气体间的化学反应，从而可在低温条件下沉积高质量的涂层。采用真空等离子体镀膜技术在管道内表面制备膜层具有高的硬度和高耐磨性、低的摩擦系数及良好的化学稳定性等特性，是管道内表面微细加工及表面改性的一种新技术。

DLC薄膜具有高硬度，低摩擦系数，良好摩擦学性能，是优异的涂层保护材料之一，将DLC涂层沉积到管道内表面，将对管道的耐磨和耐腐蚀性能有极大的提升，大大的延长管道的使用寿命。目前管道内壁沉积的高质量的膜层还存在很大的困难，一方面原因是DLC涂层与金属材料的粘着性较差，另一方面是难以将碳源送入到金属管内部。等离子体辅助化学气相沉积(PECVD)是近年来发展起来的一种制备DLC膜的新方法，其优于普通的化学气相沉积法，可以在不同的基体上沉积薄膜。该方法通过各种途径产生等离子体，如辉光放电、空心阴极放电等，使物体浸入在这些等离子体中实现对物体的表面进行处理，形成DLC膜，其特点是能够克服常规工艺下等离子体束直射的缺点，更适用于结构复杂的器件。

各种内表面真空镀膜技术各有其优劣势，但是要找到合适其的应用领域、并发展成为更高效、更可靠的内壁镀膜技术是不容易的。目前管状构件内壁镀膜所遇到的主要问题有对于更细和更长管件内表面镀膜仍面临着挑战，此外，形状复杂的空心构件内壁镀膜效果也未得到较好解决。在管道内部怎样产生和控制稳定的、均匀的、高密度的等离子体成为了主要的核心问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有长管道内壁沉积类金刚石涂层过程中出现的等离子体密度低，膜层较厚之后绝缘沉积效率低的问题，提供一种脉冲复合射频增强空心阴极长管内壁沉积类金刚石涂层方法。

本发明一种脉冲复合射频增强空心阴极长管内壁沉积类金刚石涂层方法，包括以下步骤：

一、将长管的管道内表面进行处理，然后清洗、吹干，再置于真空室内，抽真空；

二、向真空室里通入Ar气保持真空室的气压为1.0～10.0Pa，开启高压脉冲/射频耦合复合电源进行复合放电，对步骤一吹干后的管道内表面进行Ar离子轰击清洗，清洗时间为10～60min；

三、向真空室通入工作气体，并且维持真空室的真空度为1.0～10.0Pa，调整高压脉冲/射频耦合复合电源的脉冲电压为300V-10000V，频率100Hz-300Hz，脉宽30μs-100μs；射频功率为20W-10kW，然后进行复合放电，对管道内表面进行过渡层沉积，沉积时间为1min～300min；

四、向真空室通入工作气体，并且维持真空室的真空度为1.0～10.0Pa，保持高压脉冲/射频耦合复合电源进行复合放电，脉冲电压为300V-10000V，频率100Hz-300Hz，脉宽30μs-100μs；射频功率为20W-10kW，在过渡层上沉积类金刚石涂层，沉积时间为1min～1000min，即完成脉冲复合射频增强空心阴极长管内壁沉积类金刚石涂层方法。