[發(fā)明專利]一種脈沖復(fù)合射頻增強(qiáng)空心陰極長管內(nèi)壁沉積類金剛石涂層方法

有效

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• 申請日: 2021-05-25
• 公開（公告）號: CN113293357B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田修波;靳朋禮;鞏春志
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C23C16/26
• 分類號: C23C16/26;C23C16/02;C23C16/04;C23C16/517
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 侯靜

一種脈沖復(fù)合射頻增強(qiáng)空心陰極長管內(nèi)壁沉積類金剛石涂層方法，本發(fā)明一種脈沖復(fù)合射頻增強(qiáng)空心陰極長管內(nèi)壁沉積類金剛石涂層方法。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有長管道內(nèi)壁沉積類金剛石涂層過程中出現(xiàn)的等離子體密度低，膜層較厚之后絕緣沉積效率低的問題，本發(fā)明將射頻和脈沖電源通過射頻與脈沖的匹配電源網(wǎng)絡(luò)復(fù)合連接，以Ar氣、TMS和乙炔為反應(yīng)氣體，經(jīng)過對管內(nèi)壁的打磨清洗干燥、輝光刻蝕、沉積過渡層、將DLC涂層沉積于(長0.2m?30m，直徑50mm?500mm)管內(nèi)表面，膜的厚度達(dá)10μm以上，膜層沉積速率0.2μm/min。本發(fā)明應(yīng)用于材料制造領(lǐng)域中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種脈沖復(fù)合射頻增強(qiáng)空心陰極長管內(nèi)壁沉積類金剛石涂層方法。

背景技術(shù)

在目前的工業(yè)生產(chǎn)和制造中管道構(gòu)件服役的工況條件越來越惡劣，管道的使用壽命在不斷地縮短，也導(dǎo)致了資源的浪費(fèi)和生產(chǎn)成本的增加，降低了生產(chǎn)效益。等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積是利用氣體輝光放電，產(chǎn)生的低溫等離子體來增強(qiáng)反應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)活性，促進(jìn)氣體間的化學(xué)反應(yīng)，從而可在低溫條件下沉積高質(zhì)量的涂層。采用真空等離子體鍍膜技術(shù)在管道內(nèi)表面制備膜層具有高的硬度和高耐磨性、低的摩擦系數(shù)及良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特性，是管道內(nèi)表面微細(xì)加工及表面改性的一種新技術(shù)。

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)異的涂層保護(hù)材料之一，將DLC涂層沉積到管道內(nèi)表面，將對管道的耐磨和耐腐蝕性能有極大的提升，大大的延長管道的使用壽命。目前管道內(nèi)壁沉積的高質(zhì)量的膜層還存在很大的困難，一方面原因是DLC涂層與金屬材料的粘著性較差，另一方面是難以將碳源送入到金屬管內(nèi)部。等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)是近年來發(fā)展起來的一種制備DLC膜的新方法，其優(yōu)于普通的化學(xué)氣相沉積法，可以在不同的基體上沉積薄膜。該方法通過各種途徑產(chǎn)生等離子體，如輝光放電、空心陰極放電等，使物體浸入在這些等離子體中實(shí)現(xiàn)對物體的表面進(jìn)行處理，形成DLC膜，其特點(diǎn)是能夠克服常規(guī)工藝下等離子體束直射的缺點(diǎn)，更適用于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的器件。

各種內(nèi)表面真空鍍膜技術(shù)各有其優(yōu)劣勢，但是要找到合適其的應(yīng)用領(lǐng)域、并發(fā)展成為更高效、更可靠的內(nèi)壁鍍膜技術(shù)是不容易的。目前管狀構(gòu)件內(nèi)壁鍍膜所遇到的主要問題有對于更細(xì)和更長管件內(nèi)表面鍍膜仍面臨著挑戰(zhàn)，此外，形狀復(fù)雜的空心構(gòu)件內(nèi)壁鍍膜效果也未得到較好解決。在管道內(nèi)部怎樣產(chǎn)生和控制穩(wěn)定的、均勻的、高密度的等離子體成為了主要的核心問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有長管道內(nèi)壁沉積類金剛石涂層過程中出現(xiàn)的等離子體密度低，膜層較厚之后絕緣沉積效率低的問題，提供一種脈沖復(fù)合射頻增強(qiáng)空心陰極長管內(nèi)壁沉積類金剛石涂層方法。

本發(fā)明一種脈沖復(fù)合射頻增強(qiáng)空心陰極長管內(nèi)壁沉積類金剛石涂層方法，包括以下步驟：

一、將長管的管道內(nèi)表面進(jìn)行處理，然后清洗、吹干，再置于真空室內(nèi)，抽真空；

二、向真空室里通入Ar氣保持真空室的氣壓為1.0～10.0Pa，開啟高壓脈沖/射頻耦合復(fù)合電源進(jìn)行復(fù)合放電，對步驟一吹干后的管道內(nèi)表面進(jìn)行Ar離子轟擊清洗，清洗時(shí)間為10～60min；

三、向真空室通入工作氣體，并且維持真空室的真空度為1.0～10.0Pa，調(diào)整高壓脈沖/射頻耦合復(fù)合電源的脈沖電壓為300V-10000V，頻率100Hz-300Hz，脈寬30μs-100μs；射頻功率為20W-10kW，然后進(jìn)行復(fù)合放電，對管道內(nèi)表面進(jìn)行過渡層沉積，沉積時(shí)間為1min～300min；

四、向真空室通入工作氣體，并且維持真空室的真空度為1.0～10.0Pa，保持高壓脈沖/射頻耦合復(fù)合電源進(jìn)行復(fù)合放電，脈沖電壓為300V-10000V，頻率100Hz-300Hz，脈寬30μs-100μs；射頻功率為20W-10kW，在過渡層上沉積類金剛石涂層，沉積時(shí)間為1min～1000min，即完成脈沖復(fù)合射頻增強(qiáng)空心陰極長管內(nèi)壁沉積類金剛石涂層方法。