一种类金刚石碳基涂层及其制备方法与流程

本发明涉及表面涂层改性，尤其涉及一种类金刚石碳基涂层及其制备方法。

背景技术：

1、类金刚石碳基（diamond-like carbon, dlc）是金刚石与石墨的非晶结构，不同的工艺制备dlc涂层，可以获得hv1-8gpa的硬度，可以接近金刚石，摩擦系数约0.005-0.200，可以超越石墨表面的摩擦系数，同时，dlc还具有耐腐蚀，导电率可调节等优点，因此dlc广泛应用在道具、航空航天、汽车发动机、硬盘读写等领域。但dlc的硬度与韧性难以兼顾，dlc涂层难以应用在较软基体上。为了改善dlc涂层韧性，需要将新的涂层结构引入dlc涂层的制备中来，改善dlc涂层的结构韧性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种底层硬、表层软的韧性增强的类金刚石碳基涂层及其制备方法。

2、为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

3、一种类金刚石碳基涂层的制备方法，包括以下步骤：

4、s1，对基体进行预处理；

5、s2，采用磁控溅射法在基体表面沉积过渡层；

6、s3，采用磁控溅射法在过渡层表面沉积dlc层；

7、所述步骤s3具体包括以下步骤：在石墨靶和惰性保护气体条件下，采用中频磁控电源溅射石墨靶，在气压0.1~100pa，将基体偏压自-100v下调节至-110~-300v沉积dlc层。

8、所述步骤s1中，所述预处理包括表面物理化学清洗和真空腔室辉光清洗。

9、所述步骤s2包括以下步骤：

10、a1，在cr靶和惰性保护气体的条件下，采用磁控溅射法在基体表面沉积cr涂层；

11、a2，在cr靶、wc靶和惰性保护气体的条件下，采用磁控溅射法在cr涂层表面沉积cr-wc涂层；

12、a3，在wc靶和惰性保护气体的条件下，采用磁控溅射法在cr-wc涂层表面沉积wc涂层；

13、a4，在wc靶、碳源气体和惰性保护气体的条件下，采用磁控溅射法在wc涂层表面沉积wc-dlc涂层；

14、a5，在石墨靶、wc靶、碳源气体和惰性保护气体的条件下，采用磁控溅射法在wc涂层表面继续沉积wc-dlc涂层。

15、所述步骤a1或a2中，采用hipims电源溅射cr靶；

16、所述步骤a3或a4或a5中，采用直流磁控电源溅射wc靶；

17、所述步骤a5中，采用中频磁控电源溅射石墨靶。

18、所述步骤a4和a5中，所述碳源气体为乙炔气体，所述步骤a1至a5中，所述惰性保护气体为氩气。

19、所述步骤a1中，基体偏压650v，刻蚀1~100 min后偏压120v沉积cr过渡层1~90min。

20、所述步骤a2中，所述沉积时间为1~50min；

21、所述步骤a3中，所述沉积时间为1~50min；

22、所述步骤a4中，所述沉积时间为1~50min；

23、所述步骤a5中，所述沉积时间为1~50min。

24、所述步骤s3中，所述调节为线性调节或阶梯式调节。

25、所述步骤s3中，所述调节为线性调节，调节速率为1v~1000v/h，最终偏压为-150~-200v。 优选地，调节速率为10v~100v/h。

26、所述步骤s3中，所述调节为阶梯式调节，所述阶梯式调节的调节速率是每间隔十分钟调节1v~20v。

27、所述步骤a1中，所述刻蚀时间为30~100 min，所述沉积时间为3~30 min。

28、所述步骤a2中，所述沉积时间为5~20min。

29、所述步骤a3中，所述沉积时间为5~20min。

30、所述步骤a4中，所述沉积时间为10~30min.

31、所述步骤a5中，所述沉积时间为10~30min。

32、作为一个总的发明构思，本发明还提供一种类金刚石碳基涂层，采用前述的制备方法制备得到，包括位于基体上的过渡层、第一金刚石碳基涂层、第二金刚石碳基涂层， 所述第一金刚石碳基涂层的硬度大于第二金刚石碳基涂层的硬度。

33、与现有技术相比，本发明的优点在于：

34、本发明一种类金刚石碳基涂层的制备方法，在制备dlc涂层时采用中频磁控电源溅射石墨靶，通过调节工件偏压，调节轰击基体离子能量，进而控制涂层结构体系，制备出一种底层硬、表层软的韧性增强的类金刚石碳基涂层，底部高硬度类金刚石碳基涂层起支撑作用，表层较低硬度类金刚石涂层起缓冲作用，防止dlc涂层裂纹萌生，增强涂层韧性。

技术特征：

1.一种类金刚石碳基涂层的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述预处理包括表面物理化学清洗和真空腔室辉光清洗。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s2包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤a1或a2中，采用hipims电源溅射cr靶；

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述步骤a4和a5中，所述碳源气体为乙炔气体，所述步骤a1至a5中，所述惰性保护气体为氩气。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤a1中，基体偏压650v，刻蚀1~100 min后偏压120v沉积cr过渡层1~90 min。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求1至7中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中，所述调节为线性调节或阶梯式调节。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述步骤s3中，所述调节为线性调节，调节速率为1v~1000v/h，最终偏压为-150~-200v。

10.一种类金刚石碳基涂层，其特征在于：采用根据权利要求1至9中任一项所述的制备方法制备得到，包括位于基体上的过渡层、第一金刚石碳基涂层、第二金刚石碳基涂层， 所述第一金刚石碳基涂层的硬度大于第二金刚石碳基涂层的硬度。

技术总结
本发明公开了一种类金刚石碳基涂层及其制备方法，制备方法在制备DLC涂层时采用中频磁控电源溅射石墨靶，通过调节工件偏压，调节轰击基体离子能量，进而控制涂层结构体系，制备出一种底层硬、表层软的韧性增强的类金刚石碳基涂层，底部高硬度类金刚石碳基涂层起支撑作用，表层较低硬度类金刚石涂层起缓冲作用，防止DLC涂层裂纹萌生，增强涂层韧性。

技术研发人员：谢焕钧,吴平,罗阳,韩明月,徐长云,李刘合,孟伟
受保护的技术使用者：中国航发中传机械有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/7/25