[實用新型]一種超厚無氫類金剛石薄膜

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201820808503.5
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN208218947U
• 公開（公告）日: 2018-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張林;張朝奎;王明磊
• 申請（專利權(quán)）人: 大連維鈦克科技股份有限公司
• 主分類號: C23C14/32
• 分類號: C23C14/32;C23C14/06;C23C14/02
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一種超厚無氫類金剛石薄膜，金屬基體上部涂覆Cr粘結(jié)層，Cr粘結(jié)層上部為C/C多層復(fù)合膜，C/C多層復(fù)合膜是由軟C膜和硬C膜交替沉積構(gòu)成。本實用新型用真空離子鍍技術(shù)通過控制基體偏壓制備了軟硬交替的C/C多層膜，各層界面相互匹配，薄膜具有較好的結(jié)合力和韌性，高偏壓下離子轟擊產(chǎn)生的誘導(dǎo)效應(yīng)導(dǎo)致薄膜中的SP²鍵向sp³鍵轉(zhuǎn)變，增強了類金剛石薄膜的耐磨性能。這種同質(zhì)多層結(jié)構(gòu)，使薄膜的硬度高達(dá)40GPa，摩擦系數(shù)低于0.15，并具有良好耐久性，因此擴大了類金剛石薄膜工程化應(yīng)用范圍。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及材料表面改性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

為了降低發(fā)動機的燃油消耗，減輕發(fā)動機滑動部位的摩擦非常重要，尤其是活塞、活塞環(huán)等關(guān)鍵部件，例如活塞環(huán)組對降低總機械摩擦的貢獻(xiàn)高達(dá)25%。在考慮優(yōu)化活塞環(huán)和氣缸表面的摩擦系統(tǒng)的措施時，活塞環(huán)涂層起著舉足輕重的作用。類金剛石薄膜作為一種高硬度減摩抗磨表面保護(hù)薄膜材料，具有優(yōu)異的耐磨性能、低摩擦系數(shù)以及與發(fā)動機潤滑油良好的協(xié)同復(fù)配特性，是發(fā)動機節(jié)能降耗表面處理技術(shù)的一個重要研究方向。

汽車發(fā)動機及傳動系統(tǒng)的滑動部件一般采用燃油或機油來是實現(xiàn)潤滑功能，然而含氫類金剛石薄膜與機油的組合在摩擦降低效果的持續(xù)性方面不夠理想，主要是由于類金剛石膜中的C-H鍵因滑動摩擦熱及機械類被切斷后，碳會與潤滑油反應(yīng)，從而加速了薄膜的磨損。另外，類金剛石薄膜在沉積過程中產(chǎn)生較高的內(nèi)應(yīng)力，使其與金屬基體的結(jié)合力差，膜層容易起皮、脫落，限制了薄膜的沉積厚度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種超厚無氫類金剛石薄膜，具有良好的膜-基結(jié)合強度、較高的硬度和優(yōu)越的耐磨性能。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種超厚無氫類金剛石薄膜，金屬基體1上部涂覆Cr粘結(jié)層2，Cr粘結(jié)層2上部為C/C多層復(fù)合膜3，C/C多層復(fù)合膜3是由軟C膜和硬C膜交替沉積構(gòu)成。

所述金屬基體1為鑄鐵或合金鋼。

所述Cr粘結(jié)層2的厚度為0.2～0.5μm。

所述C/C多層復(fù)合膜3為至少交替沉積30次的軟C膜和硬C膜，單層軟C膜厚度為80~110 nm，單層硬C膜厚度為170~200nm。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：本發(fā)明用真空離子鍍技術(shù)通過控制基體偏壓制備了軟硬交替的C/C多層膜，各層界面相互匹配，薄膜具有較好的結(jié)合力和韌性，高偏壓下離子轟擊產(chǎn)生的誘導(dǎo)效應(yīng)導(dǎo)致薄膜中的SP²鍵向sp³鍵轉(zhuǎn)變，增強了類金剛石薄膜的耐磨性能。這種同質(zhì)多層結(jié)構(gòu)，使薄膜的硬度高達(dá)40GPa，摩擦系數(shù)低于0.15，并具有良好耐久性，因此擴大了類金剛石薄膜工程化應(yīng)用范圍，為開發(fā)新型超厚無氫類金剛石薄膜提供新的思路，并且在汽車發(fā)動機關(guān)鍵部件上具有很好的應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種超厚無氫類金剛石薄膜及其金屬基體的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中，1. 金屬基體，2. Cr粘結(jié)層，3. C/C多層復(fù)合膜。

具體實施方式

本發(fā)明的本發(fā)明的一種超厚無氫類金剛石薄膜，由金屬基體到表面依次包括Cr粘結(jié)層、C/C多層復(fù)合膜，所述Cr粘結(jié)層是涂覆在金屬基體上，所述C/C多層復(fù)合膜是由軟C膜和硬C膜交替沉積而成。所述的類金剛石薄膜是通過調(diào)節(jié)基體脈沖偏壓改變碳膜的微觀結(jié)構(gòu)，利用軟膜和硬膜相互累積疊加的方式來降低薄膜內(nèi)應(yīng)力，從而制備出較厚的類金剛石薄膜。