[發明專利]一種低摻雜金屬納米類金剛石涂層的制備方法

在審

• 申請號: 201711452193.4
• 申請日: 2017-12-28
• 公開（公告）號: CN109972101A
• 公開（公告）日: 2019-07-05
• 發明（設計）人: 唐德禮;楊發展;許傳凱;張異華;林劍冰;金凡亞
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院;成都同創材料表面科技有限公司;路達（廈門）工業有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/46;C23C14/06;C23C14/16
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高安娜

本發明屬于低溫等離子體材料處理技術領域，具體為一種低摻雜金屬納米類金剛石涂層的制備方法，工件表面清洗之后，將工件安裝到真空室工件架固定夾具上，進行真空烘烤除氣和等離子體清洗，之后依次沉積金屬中間層、金屬碳化物中間層和類金剛石涂層，該類金剛石涂層顆粒尺寸小于100nm，金屬元素百分比含量低于10％，表面顏色均勻，特別是能夠獲得高黑度涂層，同時涂層表面均勻致密，膜/基結合強度大，硬度高，摩擦系數低，耐腐蝕性能優異，sp³鍵含量較大，適合大型工業化生產需求。

技術領域

本發明屬于低溫等離子體材料處理技術領域，具體涉及一種金剛石涂層的制備方法。

背景技術

類金剛石涂層是指一系列含有sp²(石墨鍵)、sp³(金剛石鍵)鍵的非晶碳膜。它的許多性質也和金剛石相似，例如高硬度、耐磨損、低摩擦系數、化學惰性、高彈性模量、電絕緣性、導熱性、生物相容性和光學特性等。因此被廣泛的應用于機械、化工、聲學、電子、光學和生物醫學等領域。類金剛石涂層具有金剛石和石墨的雜化結構，是一種亞穩態的長程無序的非晶碳。其中的碳原子有sp¹、sp²(石墨鍵)、sp³(金剛石鍵)三種鍵合組態，且sp¹鍵比例較小，常常可以忽略。類金剛石涂層的性質主要由sp²和sp³雜化的相對含量所決定，由于sp³鍵的含量變化范圍較大，因而不同工藝制備的類金剛石涂層的性能也不盡相同。一般根據薄膜中碳離子的鍵合方式和各種鍵合方式比例的不同，類金剛石涂層可分為含氫類金剛石涂層和無氫類金剛石涂層兩大類。其中氫的含量與碳sp³/sp²鍵的比例是決定類金剛石涂層性能的兩個關鍵因素。

伴隨著科技發展的進步，對類金剛石涂層的要求也越來越苛刻。在許多的領域，更是亟需涂層具有特殊的性能來解決問題，例如高檔五金浴件領域工件本身耐溫較低，同時即要求耐磨耐腐蝕又要求色澤一致(特別是高黑度涂層)。類金剛石涂層具有許多優越的性能，考慮如何提高膜層和基體間的結合強度、滿足特殊性能需求和優化工藝，更好更廣泛地應用于實際生產中，實現各領域對類金剛石涂層的迫切需求是重中之重。

發明內容

本發明的目的是提供一種低摻雜金屬納米類金剛石涂層的制備方法，其制備的到的低金屬摻雜納米類金剛石涂層性能優異。

本發明的技術方案如下：

一種低摻雜金屬納米類金剛石涂層，包括自下而上依次沉積的金屬中間層、金屬碳化物中間層和類金剛石涂層，其中金屬中間層沉積在工件表面。

所述的金屬中間層為通過磁控濺射方式沉積的鋁、鎂、鈦、釩、鉻、錳、鎳、銅、鋅、鋯、鉬、鉭、鎢或金的純金屬涂層。

所述的金屬碳化物中間層為鋁、鎂、鈦、釩、鉻、錳、鎳、銅、鋅、鋯、鉬、鉭、鎢或金的單一金屬碳化物，或者鋁、鎂、鈦、釩、鉻、錳、鎳、銅、鋅、鋯、鉬、鉭、鎢和金其中的2種以上金屬的復合金屬碳化物。

所述的類金剛石涂層中摻雜金屬元素，所述的金屬元素為鋁、鎂、鈦、釩、鉻、錳、鎳、銅、鋅、鋯、鉬、鉭、鎢和金其中一種或多種金屬元素，且所述的類金剛石涂層顆粒直徑小于100nm，金屬元素百分比含量低于10％。

一種低摻雜金屬納米類金剛石涂層的制備方法，包括如下步驟：

(1)工件表面清洗

(2)將工件安裝到真空室工件架固定夾具上；

(3)工件高真空烘烤除氣

(4)等離子體清洗

(5)沉積金屬中間層

S5.1開啟金屬磁控濺射靶電源在工件表面沉積厚度為20-100nm金屬涂層a₁；