[發明專利]一種超硬耐高溫Ta-C涂層的制備工藝

有效

• 申請號: 202110296863.8
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113061844B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 張心鳳;夏正衛;李燦民;范洪躍
• 申請（專利權）人: 安徽純源鍍膜科技有限公司
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/14;C23C14/34;C23C14/02
• 代理公司: 合肥九道和專利代理事務所(特殊普通合伙) 34154
• 代理人: 胡發丁

本發明涉及一種超硬耐高溫Ta?C涂層的制備工藝，包括將工件置于真空腔室內，對真空腔室進行抽氣處理，抽氣處理后對真空腔室、純離子鍍膜源、工件中的一者或幾者進行除雜處理，除雜處理后，采用濺射鍍膜在工件表面依次制備種子層、金屬過渡層、Ta?C過渡層、Ta?C交替層和Ta?C主功能層，所述的種子層為Ni、Cr、NiCr、NiAl中的一者；金屬過渡層為Ti、TiSi、TiAl、TiCr中的一者；制備Ta?C過渡層時，工件連接的偏壓值為T1的偏壓；制備Ta?C交替層時，工件交替連接偏壓值為T2、T3的偏壓，制備Ta?C主功能層時，工件連接偏壓值為T4的偏壓，其中T1＞T2＞T3＞T4。本發明提供的上述方案，其制備的膜層性能優異，膜層超硬且耐高溫。

技術領域

本發明涉及濺射鍍膜領域，具體涉及一種超硬耐高溫Ta-C涂層的制備工藝。

背景技術

四面體非晶碳(Tetrahedral?Amorphous?Carbon，ta-C)膜屬于無氫類金剛石(Diamond?Like?Carbon，DLC)涂層的一種，它不僅具有高硬度、高熱導率和低摩擦系數，還具有極好的耐蝕性、光學透過性及生物相容性，是機械、電子、汽車、航空、醫學、光學等領域的理想材料。實際使用過程中發現，和金屬氮化物和金屬氧化物涂層相比，Ta-C膜層存在與某些材料的硬度偏低、高溫穩定性差、結合力差、內應力大、顆粒粗大等問題:

(1)硬度偏低。傳統PVD技術制備的三元、四元金屬氮化物涂層硬度通常可以達到HV3000-4000，而目前現有的成熟技術制備的Ta-C涂層硬度基本穩定在HV2500-3000，一般而言，在涂層結合力達標的情況下，涂層的硬度和耐磨性能成正比，對于一些特殊情況下的使用，現有成熟技術制備的Ta-C涂層很難達到HV4500-5500的超硬要求。

(2)高溫穩定性較差。含氫的DLC膜比無氫DLC膜熱穩定性更差，sp3鍵含量低的DLC膜比sp3鍵含量高的膜熱穩定性更差。在空氣中，傳統工藝制備的Ta-C膜在300℃就開始石墨化，高質量的Ta-C膜在400-550℃長期工作。

(3)與某些特定材料基體的結合力差。例如DLC膜在硫化鋅上的結合力非常差，在玻璃和塑料、樹脂上的結合力也不夠好，其原因是DLC膜和基體之間晶格結構及物理性能如熱膨脹系數、彈性模量等的不兼容性。

(4)內應力大。DLC的主要成分為碳，金剛石成分越高、膜層的內應力越大，鍍有DLC涂層的工具在加工硬質材料的時候，巨大的內應力會導致涂層崩裂而提前失效。

(5)顆粒粗大。傳統PVD技術制備的Ta-C膜表面較為粗糙，通過調整磁場/靶面冷卻/降低放電電流等方法可以一定程度改善顆粒度問題，但仍然有較多問題存在。

對于以上問題，研發人員通過改變DLC涂層的制備工藝，如使用彎管磁過濾/鍍膜工藝參數的調整/摻雜Si，Ti，Cr，Al，N等元素來提高性能，并有較大突破，使DLC的應用領域得到拓展。

發明內容

本發明的目的是提供一種超硬耐高溫Ta-C涂層的制備工藝，其至少可以改善上述一種問題。

一種超硬耐高溫Ta-C涂層的制備工藝，其特征在于，包括如下操作：

將工件置于真空腔室內，對真空腔室進行抽氣處理，抽氣處理后對真空腔室、純離子鍍膜源、工件中的一者或幾者進行除雜處理，除雜處理后，采用濺射鍍膜在工件表面依次制備種子層、金屬過渡層、Ta-C過渡層、Ta-C交替層和Ta-C主功能層，所述的種子層為Ni、Cr、NiCr、NiAl中的一者；金屬過渡層為Ti、TiSi、TiAl、TiCr中的一者；制備Ta-C過渡層時，工件連接的偏壓值為T1的偏壓；制備Ta-C交替層時，工件交替連接偏壓值為T2、T3的偏壓，制備Ta-C主功能層時，工件連接偏壓值為T4的偏壓，其中T1＞T2＞T3＞T4。

進一步的方案為，T1為3000-5000V，T2為2800V，T3為300V，T4為10-280V。