[發(fā)明專利]鋁合金表面DLC防護(hù)薄膜制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810895336.7
• 申請(qǐng)日: 2018-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN109082647B
• 公開（公告）日: 2020-05-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宮聲凱;高偉慶;彭徽;張恒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): C23C16/26
• 分類號(hào): C23C16/26;C23C16/02;C23C16/50;C23C16/32;C23C16/22
• 代理公司: 北京航智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11668
• 代理人: 程連貞;陳磊

本發(fā)明公開了一種鋁合金表面的DLC防護(hù)薄膜及其制備方法，所述薄膜是由過渡層和含H的DLC層組成，所述過渡層是沉積在7075鋁合金上的SiC和Si?DLC混合過渡層或是SiC、Si?DLC雙層過渡層，所述DLC層是直接生成的含H的DLC層；所述薄膜均使用CVD的方法進(jìn)行制備，首先對(duì)7075鋁合金進(jìn)行預(yù)處理，然后利用空心陰極電子槍加上下聚焦線圈輔助作為TMS(四甲基硅烷)氣體和/或乙炔的離化源，在基體上加負(fù)偏壓進(jìn)行沉積，最后利用氫氣和作為碳源的乙炔氣體沉積生成含H的DLC；本發(fā)明的鋁合金表面DLC防護(hù)薄膜具有良好的摩擦學(xué)性能，表面光滑，膜基結(jié)合力高，硬度高，且工藝簡(jiǎn)單，成本低廉。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種鋁合金表面防護(hù)薄膜及其制備工藝，特別涉及一種以SiC和DLC為附加防護(hù)薄膜的制備工藝，屬于鋁合金表面處理與表面改性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

鋁合金的密度較小，導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能優(yōu)良，強(qiáng)度高，塑性和成型性好，易加工，被廣泛的應(yīng)用于航空航天、軍工、汽車、船舶、建筑等領(lǐng)域中。然而鋁合金硬度偏低，耐磨性差，耐腐蝕性較差，大大制約了鋁合金的應(yīng)用前景。因此，對(duì)鋁合金的表面處理以提供有效保護(hù)和提高鋁合金表面性能非常重要。常用的鋁合金表面處理方法有陽(yáng)極氧化法、激光熔覆法、稀土轉(zhuǎn)化膜法等。陽(yáng)極氧化處理得到的氧化膜比較厚，因此耐蝕性較好，但是由于薄膜的附著力差、成本高以及薄膜抗沖擊性不理想等原因，在工業(yè)生產(chǎn)中使用較少；激光熔覆法容易在界面上形成脆性相和裂紋，實(shí)際應(yīng)用中薄膜的尺寸精度、對(duì)基體復(fù)雜形狀的容許度、表面粗糙度等問題較難解決；稀土轉(zhuǎn)化膜法的不足之處是稀土鹽長(zhǎng)期浸泡工藝處理的時(shí)間長(zhǎng)，處理所需的溫度也較高。與以上幾種方法或技術(shù)相比，改善鋁合金表面耐磨和耐腐蝕性最有效的途徑是在其表面制備一層耐磨損、抗腐蝕的薄膜，利用薄膜在鋁合金基體和外界環(huán)境之間形成的屏障，有效的保護(hù)鋁合金，拓展它的應(yīng)用范圍。

類金剛石碳薄膜具有很多優(yōu)良的力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)和聲學(xué)等物理性質(zhì),又有十分好的化學(xué)穩(wěn)定性。它具有極高的硬度和優(yōu)異的抗磨損性能，適于作切削刀具、軸承、齒輪及活塞等易磨損機(jī)件的鍍層；它的耐腐蝕(防酸、防堿)性能好，可作為金屬鍍層的底層，或者沉積在塑料飾件上，防止酸、堿及有機(jī)試劑的侵蝕；它具有良好的生物相容性，可用在人工關(guān)節(jié)等生命科學(xué)領(lǐng)域。因此類金剛石薄膜是鋁合金表面改性的理想薄膜材料，其可能能夠改善鋁合金運(yùn)動(dòng)部件在不同工況下導(dǎo)致的磨損失效和腐蝕磨損。

DLC薄膜具有高硬度，低摩擦系數(shù)，良好摩擦學(xué)性能，是優(yōu)異的薄膜保護(hù)材料之一；鋁合金自身存在質(zhì)軟、摩擦系數(shù)高、磨損大、容易拉傷及其難以潤(rùn)滑等問題，因此可以看出，在鋁合金表面沉積DLC薄膜是不錯(cuò)的選擇。然而在鋁合金表面進(jìn)行DLC薄膜的改性研究過程中，人們發(fā)現(xiàn)存在諸多難點(diǎn)，鋁合金的熱膨脹系數(shù)大硬度低，基體易軟化，機(jī)械性能退化，表面易氧化生成致密氧化膜，所述這些大大限制了DLC薄膜對(duì)鋁合金表面的改性，以及薄膜優(yōu)異的機(jī)械性能發(fā)揮。因而，如何有效提高DLC膜與鋁合金之間的結(jié)合強(qiáng)度，是一個(gè)很重要的問題，這也是目前DLC薄膜材料能得以工業(yè)應(yīng)用的難點(diǎn)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于在增強(qiáng)DLC膜與鋁合金之間結(jié)合強(qiáng)度的同時(shí)，保證其具有高硬度，較低的摩擦系數(shù)等性能。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了兩種鋁合金表面DLC防護(hù)薄膜制備方法，第一種的技術(shù)方案如下：

(1)、對(duì)基體進(jìn)行前期預(yù)處理；

(2)、氬氣，氫氣進(jìn)行輝光清洗；

(3)、用TMS和C₂H₂作為氣體源在鋁合金表面沉積SiC和Si-DLC混合過渡層；

(4)、在所述過渡層上直接沉積含H的DLC層。

所述(1)中的基體為7075鋁合金，所述前期預(yù)處理為分別用丙酮、酒精超聲處理10min，用吹風(fēng)機(jī)吹干待用，所述吹風(fēng)機(jī)為普通的家用吹風(fēng)機(jī)。