[发明专利]一种具有多孔结构磨合层的DLC复合薄膜及其制备工艺

说明书

本发明公开了一种具有多孔结构磨合层的DLC复合薄膜的制备工艺，包括以下步骤：对待涂层的零件基材表面进行预处理；在零件基材表面依次沉积Cr结合层、Cr/WC过渡层、WC‑C:H过渡层；采用PECVD技术在所述WC‑C:H过渡层表面沉积含氢DLC层；通入乙炔和惰性气体，在偏压恒压脉冲模式下在所述含氢DLC层背离所述WC‑C:H过渡层的表面沉积多孔碳基磨合层。本发明利用表面具有大量的孔隙的碳基磨合层，储存润滑介质，为摩擦提供润滑性的碳源，降低摩擦系数，在短时间内达到磨合效果。

技术领域

本发明涉及表面工程技术领域，具体涉及一种具有多孔结构磨合层的DLC复合薄膜及其制备工艺。

背景技术

DLC（类金刚石）涂层基于优异的自润滑性、高的纳米硬度和耐磨损性能，在零部件减磨防护领域得到了广泛应用，例如精密轴承、航空航天工程、车用燃料喷射系统、动力传输系统、活塞等。

常规的DLC涂层以金属基薄膜作为支撑过渡层，表层采用碳源沉积薄膜，其中以石墨靶得到的是无氢DLC，以乙炔等烃类有机物质得到的是含氢DLC。为了满足耐磨性要求，DLC涂层的硬度要求在1500HV以上，而在涂层零件组装磨合过程中，因粗糙度和形位公差、材料硬度的影响，会有部分配合区域存在过度摩擦的情况，导致出现摩擦阻力过大、气密性不良等情况。

针对这类现象一般情况下都是采用提高机加工精度等级、控制涂层锥度和厚度均匀性来控制，但是限于机床加工条件、涂层成膜工艺特性影响，并不能达到理想效果。

因此亟待研发一种有效提升组装磨合过程中的磨合效果的DLC涂层。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种具有多孔结构磨合层的DLC复合薄膜及其制备工艺。

本发明的技术方案如下：

一方面，本发明公开了一种具有多孔结构磨合层的DLC复合薄膜的制备工艺，包括以下步骤：

S1、对待涂层的零件基材表面进行预处理，包括将零件基材进行超声波清洗后装炉，在涂层炉腔加热至预设温度，并将真空度控制在预设压强以内和对零件基材进行氩离子蚀刻；

S2、在零件基材表面依次沉积Cr结合层、Cr/WC过渡层、WC-C:H过渡层；

S3、采用PECVD技术在所述WC-C:H过渡层表面沉积含氢DLC层；

S4、通入乙炔和惰性气体，在偏压恒压脉冲模式下在所述含氢DLC层背离所述WC-C:H过渡层的表面沉积多孔碳基磨合层，即得到具有多孔结构磨合层的DLC复合薄膜。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述步骤S2中在所述零件基材表面依次沉积Cr结合层、Cr/WC过渡层、WC-C:H过渡层均采用磁控溅射工艺。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述Cr结合层、Cr/WC过渡层、WC-C:H过渡层的厚度在0.2-0.5μm。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述含氢DLC层的厚度≥1.0μm，纳米硬度值为≥2000HV。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述含氢DLC层和多孔碳基磨合层的制备过程均采用电磁线圈辅助等离子增强化学气相沉积法；多组矩形电磁线圈在涂层机腔体周围形成闭合磁场，每个电磁线圈产生的磁场强度≥5mT。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述步骤S4中惰性气体为氩气，通入的乙炔和氩气比例在10:1至10:5之间。

作为本发明实施方式的进一步改进，所述多孔碳基磨合层沉积反应压为3-10Pa，沉积温度在120-280℃之间。