[發明專利]一種復合類金剛石碳膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201710302800.2
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN107034440B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 張世宏;趙培云;李福星;陳蒙
• 申請（專利權）人: 馬鞍山市卡邁特液壓機械制造有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/06;C23C16/26;C23C14/02;C23C28/04
• 代理公司: 馬鞍山市金橋專利代理有限公司 34111
• 代理人: 唐宗才

本發明公布了一種復合類金剛石碳膜及其制備方法,該結構自基體表面底層從內而外依次包括Cr、Ti或Cr和Ti合金打底層，CrC、TiC或CrC和TiC合金過渡層，以及DLC?1層和DLC?2層；其中，DLC?1層和DLC?2層分別由含有不同混合比例的sp3與sp2雜化碳原子構成；所述膜的DLC層由線性大面積離子源電離乙炔氣體獲得，適用于涂覆大面積低溫處理工件表面；該涂層具有較高的膜?基結合強度，同時表現出優良的減摩耐磨性能，尤其在應用于大型活塞表面處理后，有效改善了大型活塞在做高速往返運動過程的磨損情況，顯著提高了活塞的使用壽命，減少故障率及降低了使用維護成本。

技術領域

本發明涉及一種多層復合類金剛石碳膜及其制備方法，屬于表面處理技術領域。

背景技術

類金剛石碳膜(Diamond-like Carbon，DLC)，即DLC膜是一種由sp3雜化碳原子和sp2雜化碳原子共同組成的非晶態薄膜。由于結構介于金剛石和石墨之間，DLC膜兼具這兩種材料的一些特性，如高硬度、高熱導率、低介電常數、優異的減摩抗磨性、良好的光學透過性以及優異的化學惰性和生物相容性等，這使得DLC膜在機械、電子、光學、航空航天、生物醫學、裝飾外觀等多個領域得到了廣泛應用。

DLC膜良好的耐磨性、耐腐蝕性和低摩擦系數，可以滿足對軸承、密封元器件等許多機械零件的表面強化與防護需求。然而，DLC膜存在的一些缺點也在很大程度上影響著它的應用，其中之一是DLC膜具有很高的內應力，由于內應力較高會導致其作為保護膜不能較好地與金屬基體結合，因而限制了膜厚，尤其在大面積DLC膜涂覆時，表現尤為顯著。

以液壓破碎錘為例，活塞是液壓破碎錘的關鍵部件，其在缸體內往復運動以維持液壓破碎錘的正常工作。在實際工作過程中，由于不可避免地受液壓油、加工精度及釬桿反彈等的影響，易出現因活塞拉傷而產生漏油的現象，尤其是較大規格的液壓破碎錘，會導致液壓破碎錘的沖擊功下降，生產效率降低，甚至無法工作。液壓破碎錘活塞失效形式主要表現為工作圓柱表面嚴重磨損、拉傷等，都是從表面開始的。如果能夠克服大面積涂覆DLC膜產生的應力，在這種大型活塞表面形成附著力高的DLC膜，就可以在很大程度上延長活塞壽命，提高生產效率，減少使用維修成本。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種適用于涂覆大面積低溫處理工件表面的復合類金剛石碳膜及其制備方法。

本發明所述的復合類金剛石碳膜，包括Cr、Ti或Cr和Ti合金打底層，CrC、TiC或CrC和TiC合金過渡層，以及DLC-1層和DLC-2層，主要技術特征在于，按原子數百分比計，所述DLC-1層含有sp3雜化的碳原子數占20～40％，所述DLC-2層含有sp3雜化的碳原子數占0～15％。其中，所述Cr、Ti或Cr和Ti合金層用于改善涂層與基體的結合情況，CrC、TiC或CrC和TiC合金過渡層結構可以為后續DLC涂層提供良好的沉膜環境，DLC-1層可以提供高的硬度和低的摩擦系數，而DLC-2可以起到很好的固體潤滑作用，這種組合可以提供優良的摩擦學性能。與現有技術DLC膜相比較，本發明所述DLC膜層分DLC-1層和DLC-2層，按原子數百分比計，其中DLC-1層含有sp3雜化的碳原子數占20～40％，使得DLC膜具有較高的硬度，表現出耐摩擦抗磨損性能；DLC-2層含有sp3雜化的碳原子數占0～15％，因此sp2雜化碳原子數含量較大，從而使得DLC-2層碳膜表現出極高的固體潤滑性，DLC膜表面潤滑性高，能有效地減少基體表面摩擦系數。因此，DLC-1和DLC-2層的疊加能夠實現比現有技術DLC膜更優異的減摩耐磨性能；此外，DLC-1和DLC-2層的疊加結構還有利于在制備過程中減少DLC膜層的內應力，其機理見后敘制備方法。