[發明專利]采用熱電子等離子體技術制備類金剛石涂層的方法

有效

• 申請號: 201910133115.0
• 申請日: 2019-02-22
• 公開（公告）號: CN109778136B
• 公開（公告）日: 2021-01-08
• 發明（設計）人: 郎文昌;劉俊紅;劉偉
• 申請（專利權）人: 蘇州艾鈦科納米科技有限公司
• 主分類號: C23C16/02
• 分類號: C23C16/02;C23C16/27;C23C16/513
• 代理公司: 蘇州翔遠專利代理事務所(普通合伙) 32251
• 代理人: 王鑫

1.一種采用熱電子等離子體技術制備類金剛石涂層的方法，其特征在于：包括以下步驟：

第一步，待鍍工件的等離子清洗：所述等離子清洗為將真空腔室抽至本底真空5E-3pa以下時，通入流量為50-500sccm的氬氣及流量為50-500sccm氫氣，隨后啟動弧光強流熱電子裝置中的電弧離子鍍弧源，電流80-120A，中心陽極接弧電源正極，在20-500V的偏壓梯度，利用氬離子及氫離子對待鍍工件進行清洗，隨后關閉氫氣，利用氬氣對待鍍工件進行表面活化及清洗；

第二步，打底過渡層的沉積:所述打底過渡的沉積為利用電磁增強磁控濺射陰極及中心陽極所形成的環形閉合磁場及正交電磁場實現打底過渡層的沉積；所述電磁增強磁控濺射陰極為四組，其中兩組金屬Cr靶，兩組WC靶；將第一步中等離子體清洗過程后的待鍍工件將進行以下步驟：

A、先開啟金屬Cr靶，調節金屬Cr靶功率為5-20kw，轉架上施加1-100V的負偏壓，中心陽極施加1-25V的正電壓，磁控濺射陰極上裝配的電磁增強線圈電流為1-5A，在環形閉合磁場及正交電磁場的作用下沉積厚度為0-1μm的金屬打底過渡Cr層；

B、隨后開啟WC靶，并通過調節靶功率實現金屬Cr及WC的復合梯度層，其中金屬Cr靶的功率從5-20Kw降至1-5Kw，WC靶功率從1-5Kw升至5-20kw；轉架上施加1-100V的負偏壓，中心陽極施加1-25V的正電壓，磁控濺射陰極上裝配的電磁增強線圈電流為1-5A，在環形閉合磁場及正交電場的作用下沉積一定厚度0-2μm的梯度復合層；隨后以穩定的靶功率參數沉積厚度為0-3μm的復合層，其中WC靶功率為5-20kw，金屬Cr靶功率為1-5Kw；

C、然后再通入流量為0-300sccm的乙炔，關閉金屬Cr靶，WC靶功率為5-20Kw，轉架上施加0-100V的負偏壓，中心陽極施加1-50V的正電壓，磁控濺射陰極上裝配的電磁增強線圈電流為1-5A，在環形閉合磁場及正交電場的作用下沉積厚度為0-2μm的梯度WC-H層；隨后以穩定的靶功率及氣體流量參數沉積厚度為0-3μm的WC-H層，其中WC靶功率為5-20kw，乙炔流量為150-300sccm；

第三步，類金剛石涂層的沉積：類金剛石涂層是通過熱電子等離子體技術制備而成，熱電子等離子體技術包括弧光強流熱電子及燈絲熱電子，其中弧光強流熱電子是通過利用弧光放電中弧源前放置擋板，并且弧源正極接中心陽極，擋板遮擋住放電過程產生的離子、大顆粒等粒子，而電子將繞過擋板向中心陽極運動，從而大量的熱電子被引出；燈絲熱電子是通過大束流經過高熔點的燈絲，燈絲受熱大量電子會溢出，同時燈絲上將疊加一個負電壓，與燈絲位置相對應的陽極上施加正電壓，受熱溢出的熱電子在電場作用下將從燈絲裝置中被引出；被引出的熱電子在向陽極運動的過程中，受磁場及電場的作用，電子將會與氣體發生碰撞，并對其離化，而可將碳氫氣體離化在待鍍工件表面沉積類金剛石涂層。

2.根據權利要求1所述的采用熱電子等離子體技術制備類金剛石涂層的方法，其特征在于：所述第一步中，待鍍工件的等離子清洗為燈絲熱電子清洗，待真空腔室抽至本底真空5E-3pa以下時，通入100-500sccm的氬氣，燈絲通入150-180A大束流電流，隨后開啟陽極電源，陽極上施加+10-+50V正電壓，熱電子受電場作用被引出，轉架上施加40-500V梯度的偏壓，利用離化的氬離子對待鍍工件進行活化及清洗。

3.根據權利要求1所述的采用熱電子等離子體技術制備類金剛石涂層的方法，其特征在于：所述第三步中，利用弧光強流熱電子沉積類金剛石涂層，待打底過渡層沉積完成后，關閉WC靶，氬氣流量控制為50-200sccm，乙炔流量為100-500sccm，電磁增強線圈電流為1-5A，中心陽極接弧電源正極，轉架偏壓為40-400V，啟動弧光強流熱電子裝置中的電弧離子鍍弧源，電流80-120A，引出的熱電子離化碳氫氣體，在待鍍工件上獲得類金剛石涂層。