[發明專利]一種提高鎂合金抗磨損性能的碳膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201010146572.2
• 申請日: 2010-04-09
• 公開（公告）號: CN101792898A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 汪愛英;代偉;吳國松
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/02
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 袁忠衛

技術領域

本發明涉及一種提高鎂合金抗腐蝕性能和抗磨損性能的保護薄膜及其制備方法。

背景技術

鎂合金具有密度小，比強度、比剛度高、鑄造性好，可循環再利用等優點，在能源、 交通、航空航天、機械，電子等領域得到了日益廣泛的應用。但鎂合金存在的抗摩擦磨 損性能差、耐腐蝕性差、硬度低等幾個關鍵問題，使其廣泛應用受到極大制約。除了微 弧氧化、陽極氧化等傳統表面處理技術，采用綠色、干式、無毒的真空鍍膜技術，在鎂 合金表面沉積一層硬質耐磨防護涂層是目前解決上述關鍵問題的最理想技術途徑。

與傳統硬質耐磨防護涂層相比，類金剛石(Diamond-like?carbon，DLC)薄膜是具有 高硬度、低摩擦系數、良好耐腐蝕性和耐磨損性等諸多優點的新型硬質保護涂層材料， 在機械、微機電、工模具、航空航天等領域已顯示了重要應用前景和價值。尤其因其表 現出的極低摩擦系數、良好耐磨損性和化學惰性，在鎂合金材料表面開展類金剛石薄膜 材料制備技術的研究，被認為是改善鎂合金耐磨損性差和耐腐蝕性，提高其使用壽命和 可靠性運行的理想方法之一。然而，目前有關此方面的研發工作還非常少。考慮到類金 剛石薄膜制備過程中因高能離子轟擊而導致薄膜中存在的高殘余壓應力，以及薄膜與軟 基材鎂合金之間晶格參數、物化特性的較大差異，類金剛石薄膜與鎂合金基材間的結合 力往往很差，這一方面導致薄膜容易剝落，保護功能失效；一方面也導致厚膜生長難以 獲得。如何從制備技術和涂層結構設計出發，實現強膜/基結合力、高硬度、低摩擦系數 的鎂合金用類金剛石薄膜制備是目前亟需解決的技術關鍵。

發明內容

本發明所要解決的第一個技術問題是針對上述現有技術提供一種應力低、在鎂合金 上具有較高的附著力的碳膜。

本發明所要解決的第二個技術問題是針對上述現有技術提供一種應力低、在鎂合金 上具有較高的附著力的碳膜的制備方法。

本發明解決上述第一個技術問題所采用的技術方案為：該提高鎂合金抗磨損性能的 碳膜，其特征在于：該碳膜為類金剛石薄膜，并且該類金剛石薄膜中含有原子百分比為 2％～10％的金屬元素。

所述金屬元素為鈦或鉻或鎢。

本發明解決上述第二個技術問題所采用的技術方案為：該提高鎂合金抗磨損性能的 碳膜的制備方法，采用磁控濺射與離子束濺射復合鍍膜機進行所述類金剛石薄膜的制 備，該磁控濺射與離子束濺射復合鍍膜機包括真空室、磁控濺射源、線性離子源和能同 時公轉和自轉的工件托架，工件托架安裝在真空室內部，其特征在于：在所述真空室的 氣壓大于等于2×10^-5Torr，溫度小于等于100℃情況下，通過以下步驟制備所述類金剛 石薄膜：

步驟一、清洗基體：將基體置于真空室的工件托架上，將真空室氣壓調整到2×10^-3Torr，開啟線性離子源，向線性離子源通入30～50sccm氬氣，線性離子束源工作電流為 0.2A，工作功率為260～300W，同時將基體的負偏壓設為100～300V，工作時間為20 分鐘；

步驟二、在基體表面沉積類金剛石薄膜：同時開啟線性離子束源和磁控濺射源，磁 控濺射源為純度大于等于99.99％的單質鉻靶或純度大于等于99.99％的單質鈦靶或純度 大于等于99.99％的單質鎢靶，向線性離子源通入CH₄或C₂H₂等碳氫氣體，氣體流量為 25～35sccm，，線性離子束源工作電流為0.2A，工作功率為280～320W；向磁控濺射源 通入50～60sccm氬氣，磁控濺射功率為1～1.5KW，工作電流為3A；通過改變碳氫氣 體與氬氣的比例，來控制薄膜中金屬元素的摻雜量，使該類金剛石薄膜中金屬元素的原 子百分比為2％～10％，同時將基體的負偏壓設為50～100V，工作氣壓設為4.5×10^-3Torr， 沉積時間為1～2小時；

步驟三、待真空室溫度降至室溫，打開真空室腔體，取出基體，該基體表面即為所 述類金剛石薄膜。

所述基體為鎂合金基體。

與現有技術相比，本發明的優點在于：在類金剛石薄膜中引入微量金屬元素，在極 大降低薄膜內應力同時，對類金剛石薄膜硬度損傷較小，可以較大提高類金剛石薄膜與 鎂合金基體的附著力和鎂合金的耐磨損壽命。

附圖說明