[發明專利]一種類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層及其制備方法

有效

• 申請號: 201610436286.7
• 申請日: 2016-06-17
• 公開（公告）號: CN107513690B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發明（設計）人: 唐永炳;朱海莉;蔣春磊
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

本發明屬于真空鍍膜技術領域，提供了一種類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層及其制備方法。所述類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層涂覆在基底上，包括在所述基底上沉積的金屬過渡層，在所述金屬過渡層上依次交替沉積的立方氮化硼涂層和類金剛石涂層，所述類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層的最外層為類金剛石涂層。本發明提供的類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層，不僅涂層應力小，而且涂層韌性好，具有較長的使用壽命和較好的耐磨性。

技術領域

本發明屬于真空鍍膜技術領域，尤其涉及一種類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層及其制備方法。

背景技術

類金剛石(DLC)是一種含有sp²和sp³鍵合特征的非晶碳材料，具有高硬度、低摩擦、良好的導熱及生物相容性能，在刀具、模具、零部件以及生物醫療器件等領域有著廣泛的應用前景。但是由于殘余應力高，導致使用類金剛石制備的涂層易剝落，膜基結合強度低，且韌性較差，極大限制了類金剛石涂層的工業應用。為了解決類金剛石涂層的殘余應力問題，研究人員采取了多種技術手段，如：熱退火、摻雜、加脈沖偏壓、多層復合結構設計等，其中多層復合結構是通過兩種具有不同彈性模量的材料交替沉積形成，由于層界面的增加使得涂層單層厚度降低，可以減小涂層的彎曲應力；此外，層界面對裂紋具有偏轉和鈍化作用，可以提高涂層的整體韌性。

目前，有關類金剛石復合涂層的工作報道多是含金屬摻雜的類金剛石，類金剛石的多層結構涂層少有報道，現有專利公開了一種類金剛石復合二硫化鉬納米多層薄膜及其制備方法，具體公開了采用雙靶磁控濺射技術在不銹鋼基底上交替沉積類金剛石層和二硫化鉬層，最終獲得類金剛石復合二硫化鉬納米多層薄膜，制備方法如下：對不銹鋼基底進行超聲清洗預處理，然后置于MFD800型雙靶磁控濺射氣相沉積系統的真空腔中，依次進行以下步驟：(a)預抽真空至5x10^-4Pa，偏壓為-500～-1000V，對不銹鋼基底進行20～30min的氬等離子體濺射活化處理；(b)單層類金剛石碳薄膜沉積，采用直流電源控制石墨靶，靶電流為1.0～1.4A，沉積壓強0.8Pa，基底偏壓-200～-400V，沉積時間1～15min；(c)單層二硫化鉬潤滑層沉積，采用射頻電源控制二硫化鉬靶，功率為200～600W,沉積時間為1～10min；(d)重復(b)和(c)步驟，交替沉積類金剛石層和二硫化鉬層，直到所需厚度或層數，最終在不銹鋼基底表面獲得類金剛石復合二硫化鉬納米多層薄膜。這種雙靶磁控濺射方法制備類金剛石和二硫化鉬復合涂層的技術，雖然能夠一定程度減小類金剛石的殘余應力，增加涂層的韌性，但是一方面，二硫化鉬容易被氧化，導致得到的涂層使用壽命短，且摩擦系數對環境依賴大；另一方面，二硫化鉬與類金剛石結合力弱。此外，采用雙靶磁控濺射方法，磁控濺射等離子體集中在環形磁場區域，靶材利用率低。

發明內容

本發明的目的在于提供一種類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層，旨在解決現有類金剛石涂層存在的殘余應力大、韌性低、使用壽命短、耐磨性差的問題。

本發明的另一目的在于提供一種類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層的制備方法。

本發明是這樣實現的，一種類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層，所述類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層涂覆在基底上，包括在所述基底上沉積的金屬過渡層，在所述金屬過渡層上依次交替沉積的立方氮化硼涂層和類金剛石涂層，所述類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層的最外層為類金剛石涂層。

相應的，一種類金剛石/立方氮化硼多層復合涂層的制備方法，包括以下步驟：

提供一基底，對所述基底進行表面清潔處理；

在離子源/電弧離子鍍復合鍍膜設備中通入氬氣，流量為50～400sccm，調節真空室壓強為0.2～1.3Pa，開啟過渡金屬電弧靶，調節靶電流為80～200A，基底偏壓100～300V，在所述基底表面沉積金屬過渡層；