[發(fā)明專利]一種非平衡磁控濺射C/Ta類石墨碳膜及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010184354.8
• 申請(qǐng)日: 2010-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN101818330A
• 公開（公告）日: 2010-09-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王佐平;馬中偉;張鏡斌;王偉;孫長(zhǎng)濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第十二研究所
• 主分類號(hào): C23C14/35
• 分類號(hào): C23C14/35;C23C14/06;B32B9/04
• 代理公司: 西安弘理專利事務(wù)所 61214
• 代理人: 羅笛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜材料及現(xiàn)代表面工程技術(shù)的物理氣相沉積技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種非平衡磁控濺射C/Ta類石墨碳膜，本發(fā)明還涉及該類石墨碳膜的制備方法。

背景技術(shù)

近年來，高硬度、低摩擦系數(shù)非晶碳膜的研究已成為熱點(diǎn)，并受到了廣泛關(guān)注。目前常用的提高固體潤(rùn)滑耐磨減摩性能方法是在固體潤(rùn)滑材料中復(fù)合第二相金屬元素，典型的有MOST、Graphit-ic（C/Cr）、Dymon-iC和WC/a-C等納米復(fù)合膜。其中，以sp2雜化為主的類石墨碳膜（C/Cr）硬度高、摩擦系數(shù)低，內(nèi)應(yīng)力亦較小，有優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)能力，是一種優(yōu)異的耐磨、減摩納米復(fù)合膜，在固體潤(rùn)滑和機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。雖然有關(guān)非晶碳膜在齒輪、軸承等機(jī)械傳動(dòng)零件的研究報(bào)道非常多，但實(shí)際應(yīng)用仍受到一定制約，主要原因?yàn)榉蔷寄さ臐?rùn)滑能力、膜基結(jié)合強(qiáng)度、承載能力以及磨損壽命仍然難以滿足極壓磨損機(jī)械傳動(dòng)零件的壽命要求。如何進(jìn)一步提高非晶碳膜的潤(rùn)滑能力和磨損壽命，對(duì)其在機(jī)械傳動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種非平衡磁控濺射C/Ta類石墨碳膜，解決了現(xiàn)有的非平衡磁控濺射C/Cr類石墨碳膜潤(rùn)滑能力和極壓磨損壽命不足的問題。

本發(fā)明的另一目的是提供一種上述非平衡磁控濺射C/Ta類石墨碳膜的制備方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種非平衡磁控濺射C/Ta類石墨碳膜，由在基體金屬表面依次復(fù)合的過渡層、梯度層及C/Ta復(fù)合工作層組成，C/Ta復(fù)合工作層按照質(zhì)量百分比其組成為，Ta：10~50%，C：50~90%，Ta?和C組分的質(zhì)量百分比之和為100%。

本發(fā)明所采用的另一技術(shù)方案是，一種非平衡磁控濺射C/Ta類石墨碳膜的制備方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：確定非平衡磁控濺射C/Ta類石墨碳膜的組成，由在基體金屬表面依次復(fù)合的過渡層、梯度層及C/Ta復(fù)合工作層組成，C/Ta復(fù)合工作層按照質(zhì)量百分比其組成為，Ta：10~50%，C：50~90%，Ta?和C組分的質(zhì)量百分比之和為100%；

步驟2：對(duì)基體金屬進(jìn)行除銹、拋光，超聲波除蠟，除油清洗，烘干，將清洗干凈的基體金屬固定在鍍膜工裝上；

步驟3：對(duì)上步得到的清洗干凈的基體金屬進(jìn)行磁控濺射鍍膜，得到非平衡磁控濺射C/Ta類石墨碳膜。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于，

其中的過渡層采用純Cr或純Ta。

其中的步驟3中的濺射鍍膜，采用一個(gè)鉻靶、一個(gè)鉭靶和兩個(gè)碳靶，一個(gè)鉻靶和一個(gè)鉭靶對(duì)稱分布，兩個(gè)碳靶對(duì)稱分布，具體按照以下步驟實(shí)施：

a．工作氣體：氬氣，真空度：10^-4~10^-3Pa，偏壓：500~700V，工裝旋轉(zhuǎn)速度：1~5r/min，通過等離子濺射清洗基體金屬得到潔凈的金屬表面；

b.?逐漸調(diào)高鉻靶的濺射電流為5.0~7.0A，調(diào)節(jié)時(shí)間為10~15分鐘，在上步得到的潔凈的金屬表面上制備得到0.3~0.5μm的過渡層；

c.?逐漸提高碳靶的濺射電流為6.0~8.0A、降低鉻靶的濺射電流為0A，逐步調(diào)節(jié)鉭靶的濺射電流為0.3~1.0A，調(diào)節(jié)時(shí)間為10~15分鐘，在上步得到的過渡層上制備得到0.3~0.5μm的梯度層；

d.?控制碳靶的濺射電流為6.0~8.0A，鉭靶的濺射電流為0.30~1.0A，偏壓：60~80V，保持時(shí)間：120~360分鐘，在上步得到的梯度層上制備得到2.0~6.0μm的C/Ta復(fù)合工作層。

其中的步驟3中的濺射鍍膜，采用兩個(gè)鉭靶和兩個(gè)碳靶，鉭靶和碳靶分別對(duì)稱分布，具體按照以下步驟實(shí)施：

a．工作氣體：氬氣，真空度：10^-4~10^-3Pa，偏壓：500~700V，工裝旋轉(zhuǎn)速度：1~5r/min，通過等離子濺射清洗基體金屬得到潔凈的金屬表面；

b.?逐漸調(diào)高鉭靶的濺射電流為5.0~7.0A，調(diào)節(jié)時(shí)間為10~15分鐘，在上步得到的潔凈的金屬表面上制備得到0.3~0.5μm的過渡層；

c.?逐漸提高碳靶的濺射電流為6.0~8.0A、降低一個(gè)鉭靶的濺射電流為0A，同時(shí)逐步調(diào)節(jié)另一個(gè)鉭靶的濺射電流為0.3~1.0A，調(diào)節(jié)時(shí)間為10~15分鐘，在上步得到的過渡層上制備得到0.3~0.5μm的梯度層；