[發明專利]具有抗腐蝕和減摩性能的摻Cr的DLC涂層及制備方法

無效

• 申請號: 201210421250.3
• 申請日: 2012-10-29
• 公開（公告）號: CN102912298A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 馬勝利
• 申請（專利權）人: 西安浩元涂層技術有限公司
• 主分類號: C23C14/22
• 分類號: C23C14/22;C23C14/06
• 代理公司: 西安恒泰知識產權代理事務所 61216
• 代理人: 李鄭建

技術領域

本發明屬于涂層材料制備領域，具體涉及一種具有抗腐蝕和減摩性能的摻Cr的類金剛石涂層（以下簡稱DLC涂層）的制備方法。

背景技術

硬質涂層如TiN，TiAlN，TiSiN等，一般具有高硬度、耐磨損和抗氧化等性能，在切削刀具、成型模具及機械零部件表面防護領域具有廣泛應用前景。

近年來為了降低汽車和摩托車發動機的燃油消耗，解決發動機滑動部件如活塞、活塞環和氣缸等的減摩和腐蝕問題正變得越來越重要。另外，各種機械軸承傳動系統和高速無油縫紉機零部件如軸承內外圈、保持架、滾動體、針桿、挑線連桿、軸套、旋梭等均需要具有抗腐蝕的減摩涂層。顯然，上述傳統硬質涂層難以滿足要求。類金剛石涂層DLC(Diamond-like?Carbon)以其高硬度、低摩擦系數和良好的化學穩定性引起人們的廣泛關注，但DLC涂層自身內應力大、結合力差，經常在使用過程中發生開裂和剝落，不能有效發揮它的功效。摻Ti的DLC涂層雖然耐磨和減摩性能有所提高，但其腐蝕性能還不理想。于是，開發具有抗腐蝕和減摩性能的DLC涂層就顯得很重要。為此，申請人利用金屬Cr良好的抗腐蝕性能，以及與鋼基體良好的晶格匹配關系，設計了一種具有較好結合力和減摩、抗腐蝕的摻Cr的DLC涂層。

目前，硬質涂層的制備方法主要有物理氣相沉積技術和化學氣相沉積技術，其中，物理氣相沉積技術包括熱絲弧離子鍍、電弧離子鍍、磁控濺射離子鍍等方法；化學氣相沉積技術包括高溫化學氣相沉積、脈沖直流等離子體增強化學氣相沉積、微波等離子體增強化學氣相沉積和射頻等離子體增強化學氣相沉積等。但化學氣相沉積涂層技術普遍溫度較高（≧500℃），對基材有一定限制。當前，物理氣相沉積是制備硬質涂層的主流技術，主要包括兩類技術，一是磁控濺射沉積技術，該方法具有成分調控和結構優化方便，以及膜層致密和表面光潔度高等優點,目前主要應用在裝飾工件和部分工模具上。但磁控濺射的主要缺點是涂層結合力不高，沉積速率較慢,難以滿足嚴酷服役條件下的工件表面強化要求。二是電弧離子鍍沉積技術，電弧離子鍍具有沉積速率快、結合力高等優點，目前主要應用在各種基體材料的刀具和模具上。但電弧離子鍍涂層中的液滴由于制備原理本身的限制，始終無法徹底消除，導致涂層結構較為疏松，表面粗糙度差等。

發明內容

基于上述各種涂層制備方法的不足，本發明的目的在于，提供一種具有抗腐蝕和減摩性能的摻Cr的DLC涂層的制備方法，該方法制備的摻Cr的DLC涂層，表面光滑致密，涂層硬度為20GPa，有望滿足汽車和摩托車的發動機零部件的抗腐蝕和減摩要求。

為了實現上述任務，本發明采取如下的解決方案：

一種抗腐蝕和減摩的摻Cr的DLC涂層制備的方法，其特征在于。該方法包括下列步驟：

1）將預處理好的基體放入電弧與磁控濺射復合鍍膜設備的轉架桿上，該轉架桿隨轉架臺轉動，或者自轉，以保證鍍膜過程的均勻性；

2）以柱弧Cr靶作為Cr源，三對平面C靶作為C的來源，三對平面C靶以對靶的方式安置在爐體內壁上；采用高純Ar作為主要離化氣體，保證有效的輝光放電過程；采用高純N₂為反應氣體，使其離化并與Cr、C元素結合，在基體表面沉積形成摻Cr的DLC涂層；

3）制備工藝條件：

A）基體等離子體清洗：

基體裝入真空室后，抽真空并加熱到為300℃不變。通入10ml/min的Ar到真空室，當真空室氣壓達到6Pa時，開偏壓至-1000V對真空室的基體表面進行轟擊清洗，持續30min；

B）Cr底層制備：

調節氬氣流量到30ml/min、將真空室氣壓調至0.3Pa，然后開啟柱弧Cr靶，柱弧電流為50A，調整偏壓到-300V并保持10min，在基體表面制備Cr底層；

C)CrC過渡層制備：

Cr底層制備完成后，保持柱弧Cr靶的柱弧電流50A和偏壓-300V不變，打開平面C靶的控制電源，將平面C靶的電源功率調至3KW，在Cr底層上制備CrC過渡層，持續10min；

D）摻Cr的DLC涂層制備：

CrC過渡層制備完成后，將柱弧Cr靶的柱弧電流降低到30A，將平面C靶的電源功率調至5KW，CrC過渡層上再制備摻Cr的DLC涂層，摻Cr的DLC涂層制備過程中真空室溫度300℃，鍍膜偏壓-200V，氣壓0.3Pa，DLC涂層沉積時間120min。