[發(fā)明專利]含類金剛石復(fù)合涂層及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611093220.9
• 申請(qǐng)日: 2016-12-01
• 公開（公告）號(hào): CN106756820B
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐永炳;朱海莉;蔣春磊;申京受
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳先進(jìn)技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): C23C14/32
• 分類號(hào): C23C14/32;C23C14/35;C23C14/06;C23C14/14;C23C14/02
• 代理公司: 深圳中一專利商標(biāo)事務(wù)所 44237
• 代理人: 左光明

本發(fā)明公開了一種含類金剛石復(fù)合涂層及其制備方法和含有含類金剛石復(fù)合涂層的耐磨器件。本發(fā)明含類金剛石復(fù)合涂層包括結(jié)合在基底表面的過渡金屬層，由所述基底向所述過渡金屬層延伸方法，還包括依次結(jié)合在所述過渡金屬層表面的過渡金屬硼化物層、類金剛石層，且所述過渡金屬硼化物層與類金剛石層至少為1次的交替層疊結(jié)合，并在最外層為所述過渡金屬硼化物層。含類金剛石復(fù)合涂層能夠?qū)崿F(xiàn)充分緩解類金剛石層本身的內(nèi)應(yīng)力，提高了含類金剛石復(fù)合涂層整體韌性以及耐磨耐腐蝕性能。該制備方法避免了繁瑣的制備工藝，不僅保證了沉積的含類金剛石復(fù)合涂層性能的穩(wěn)定性，而且有效降低了其制備成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于薄膜材料技術(shù)領(lǐng)域，具體的是涉及一種含類金剛石復(fù)合涂層及其制備方法。

背景技術(shù)

鋁合金、鈦合金等具有高比強(qiáng)度，耐磨性、耐腐蝕性好，抗疲勞能力強(qiáng)，質(zhì)量輕等優(yōu)異的性能，是航空航天、汽車、軌道交通等領(lǐng)域的理想結(jié)構(gòu)材料，但是其難加工特性嚴(yán)重阻礙了這類材料的規(guī)模化應(yīng)用。如鋁合金切削加工過程中出現(xiàn)的粘刀和積屑瘤現(xiàn)象嚴(yán)重，不僅影響后續(xù)碎屑的剝落，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接撕裂工件。鈦合金由于高溫化學(xué)活性高，導(dǎo)熱性差，彈性模量低，與其他金屬摩擦系數(shù)大等特性，造成切削溫度高，單位面積切削力大，刀具磨損嚴(yán)重，刀具壽命低以及表面加工質(zhì)量差等問題，普通刀具已經(jīng)難以滿足切削加工需求。因此全球刀具界都在嘗試各種方法如：刀片基底、幾何角度、涂層技術(shù)等來滿足鈦合金和鋁合金的加工需求。針對(duì)鈦合金和鋁合金的這種難加工要求，目前有些涂層如類金剛石脫穎而出。

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(dǎo)熱及生物相容性能，在刀具、模具、零部件以及生物醫(yī)療器件等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。適用于加工鈦、鋁等有色金屬，但是由于高的殘余應(yīng)力導(dǎo)致涂層易剝落，膜基結(jié)合強(qiáng)度低，且韌性較差，極大限制了類金剛石涂層的工業(yè)應(yīng)用。為了解決該技術(shù)問題，目前研究人員大多采取了摻雜和多層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來優(yōu)化類金剛石涂層的性能。有關(guān)類金剛石復(fù)合涂層的工作報(bào)道多是含金屬摻雜的類金剛石。

如報(bào)道了TiC-DLC結(jié)構(gòu)，其是采用電弧離子鍍技術(shù)，利用鈦靶和乙炔氣體，在100～400℃下制備了TiC摻雜的DLC復(fù)合涂層。具體制備方法如下：鍍膜室內(nèi)通入乙炔氣體，利用電弧離子鍍的高離化率把Ti離子從Ti靶蒸發(fā)出來。同時(shí)利用電弧放電產(chǎn)生的強(qiáng)的等離子體離化通入真空室的乙炔，把乙炔解離成C離子和H離子，C離子和Ti離子在Ti靶表面反應(yīng)生成TiC，由于Ti與C之間的強(qiáng)親和力，最后TiC相間會(huì)形成DLC相，從而獲得碳化鈦摻雜的類金剛石膜。

這種利用電弧離子鍍制備TiC-DLC復(fù)合涂層的方法雖然能夠減小類金剛石的應(yīng)力，增加涂層的韌性和膜基結(jié)合力，該方法雖然有效的利用了靶中毒過程，但是靶中毒會(huì)造成頻繁的更換靶材，操作復(fù)雜，增加了生產(chǎn)成本；TiC和DLC的含量不易控制，對(duì)涂層的整體性能會(huì)有較大的影響。另外電弧離子鍍在沉積過程中容易形成大顆粒，造成涂層表面不夠光滑致密，也會(huì)影響涂層的耐磨耐腐蝕性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種含類金剛石復(fù)合涂層及其制備方法，以解決現(xiàn)有類金剛石復(fù)合涂層存在表面不夠光滑致密，耐磨耐腐蝕性能不理想的技術(shù)問題。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種耐磨器件，以解決現(xiàn)有耐磨器件存在的硬度、抗磨損不理想的技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的一方面，提供了一種含類金剛石復(fù)合涂層。所述含類金剛石復(fù)合涂層包括結(jié)合在基底表面的過渡金屬層，由所述基底向所述過渡金屬層延伸方法，還包括依次結(jié)合在所述過渡金屬層表面的過渡金屬硼化物層、類金剛石層，且所述過渡金屬硼化物層與類金剛石層至少為1次的交替層疊結(jié)合，并在最外層為所述過渡金屬硼化物層。

本發(fā)明的另一方面，提供了一種含類金剛石復(fù)合涂層的制備方法。所述制備方法包括如下步驟：

將基底進(jìn)行預(yù)清洗處理后對(duì)其進(jìn)行離子刻蝕處理；