CN101082118A

CN101082118A - 高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法

Info

Publication number: CN101082118A
Application number: CN 200710043510
Authority: CN
Inventors: 马占吉; 任妮; 武生虎; 肖更竭; 赵栋才
Original assignee: 510 Research Institute of 5th Academy of CASC
Current assignee: 510 Research Institute of 5th Academy of CASC
Priority date: 2007-07-05
Filing date: 2007-07-05
Publication date: 2007-12-05

Abstract

本发明公开了一种高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，特点是采用脉冲电弧离子镀膜技术在金属表面镀制类金刚石薄膜，其具体步骤包括：将金属件表面离子活化，镀制钛过渡层、碳化钛过渡层，在碳化钛过渡层上镀制类金刚石薄膜。本发明提高了高速钢的金属基底上类金刚石(DLC)薄膜的附着力和厚度，延长了高速钢的金属基底表面类金刚石(DLC)薄膜的耐磨损寿命，工艺简单、尤其适用于W18Cr4V、GCr15和TC4等高速钢的金属精密零件表面耐磨损处理的规模生产。

Description

高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法

技术领域

本发明涉及金属材料的表面处理，具体地说是一种在高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法。

背景技术

类金刚石(DLC)薄膜由于具有高硬度、低摩擦系数以及化学惰性等性能特点，是提高相对接触运动零件耐磨寿命而进行表面处理的主要材料之一。但类金刚石(DLC)薄膜本身具有较高的内应力，与金属材料的匹配性差，尤其是高速钢，因此很难在这些金属基底材料上镀制附着力高且厚度达1μm以上的类金刚石(DLC)薄膜。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种在高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，它提高了类金刚石(DLC)薄膜与高速钢的金属材料匹配性，适当降低了沉积的类金刚石(DLC)薄膜的内应力，从而克服了高速钢的金属基底材料上类金刚石(DLC)薄膜附着力差和沉积的DLC薄膜厚度小的缺点。

实现本发明目的的技术方案是：一种高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，特点包括下列步骤：

1、将金属工件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空；

2、将氩气通入真空室，并保持真空度的稳定，然后开启离子源将金属工件表面活化；

3、关闭氩气，将金属工件和真空室之间加载负偏压，并开启钛电弧源使金属工件表面沉积钛过渡层；

4、开启石墨电弧源，设定石墨电弧源的初始放电频率，并控制石墨电弧源每放电一定脉冲数适当提高放电频率使金属工件表面沉积碳化钛过渡层；

5、关闭钛电弧源，控制石墨电弧源的放电脉冲数使金属工件表面沉积类金刚石薄膜。

所述真空室的真空度优于5×10^-3Pa。

所述氩气通入真空室时，其真空度稳定在3.2×10^-2Pa～4.9×10^-2Pa。

所述金属工件和真空室之间加载负偏压为-800V～-1500V。

所述石墨电弧源的初始放电频率设定为16Hz。

所述石墨电弧源的放电脉冲数控制为250000～300000个。

所述离子源的工作电压为2.0kV～3.0kV，工作时间为10min～30min

所述钛电弧源的工作电流为55A～90A，工作时间为2min～10min

所述石墨电弧源每放电一定脉冲数适当提高放电频率是每放电1000～3000个脉冲，放电频率提高8Hz，放电频率升高到32Hz后完成碳化钛过渡层的沉积。

本发明提高了在高速钢金属基底上类金刚石(DLC)薄膜的附着力和厚度，延长了高速钢金属基底表面类金刚石(DLC)薄膜的耐磨损寿命，工艺简单、尤其适用于W18Cr4V、GCr15和TC4等高速钢的金属基底精密活动零件表面耐磨损处理的规模生产。

具体实施方式

实施例1

1、将已加工好材质为TC4的金属另件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空，其真空度优于5×10^-3Pa。

2、通入氩气，保持真空度稳定在3.2×10^-2Pa，打开离子源活化金属基底表面，离子源的工作电压为2.0kV，工作时间为30min。

3、关闭氩气，将金属另件和真空室之间加载负偏压为-800V，并打开钛电弧源使金属另件表面沉积钛过渡层，钛电弧源的工作电流为90A，工作时间为2min。

4、开启石墨电弧源，使石墨电弧源的初始放电频率为16Hz，并按石墨电弧源每放电1000～3000个脉冲放电频率提高8Hz调节石墨电弧源的放电频率使金属另件表面沉积碳化钛过渡层，放电频率升高到32Hz后关闭钛电弧源，结束碳化钛过渡层的沉积。

5、控制石墨电弧源的放电脉冲数为300000个，使金属另件表面沉积类金刚石(DLC)薄膜。

实施例2

1、将已加工好材质为W18Cr4V的金属另件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空，其真空度优于5×10^-3Pa。

2、通入氩气，保持真空度稳定在4.9×10^-2Pa，打开离子源活化金属基底表面，离子源的工作电压为3.0kV，工作时间为10min；

3、关闭氩气，将金属工另件和真空室之间加载负偏压为-1500V，并打开钛电弧源使金属另件表面沉积钛过渡层，钛电弧源的工作电流为55A，工作时间为10min；

4、开启石墨电弧源，使石墨电弧源的初始放电频率为16Hz，并按石墨电弧源每放电1000～3000个脉冲放电频率提高8Hz调节石墨电弧源的放电频率使金属另件表面沉积碳化钛过渡层，放电频率升高到32Hz后关闭钛电弧源，结束碳化钛过渡层的沉积；

5、控制石墨电弧源的放电脉冲数为280000个，使金属件表面沉积类金刚石(DLC)薄膜。

实施例3

1、将已加工好材质为GCr15的金属另件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空，其真空度优于5×10^-3Pa；

2、通入氩气，保持真空度稳定在3.7×10^-2Pa，打开离子源活化金属基底表面，离子源的工作电压为2.50kV，工作时间为20min；

3、关闭氩气，将金属另件和真空室之间加载负偏压为-1000V，并打开钛电弧源使金属另件表面沉积钛过渡层，钛电弧源的工作电流为75A，工作时间为5min；

5、控制石墨电弧源的放电脉冲数为250000个，使金属另件表面沉积类金刚石(DLC)薄膜。

本发明采用脉冲电弧离子镀膜技术在金属表面依次沉积钛、碳化钛过渡层，在碳化钛过渡层上镀制类金刚石(DLC)薄膜，其薄膜不含氢，碳化钛过渡层中的碳原子含量随过渡层厚度的增加而增加，整个膜系中的各层之间没有明显界面，大大提高了类金刚石(DLC)薄膜的附着力，使得类金刚石(DLC)薄膜厚度可以达到1μm以上，它既保持了类金刚石(DLC)薄膜的高硬度、低摩擦系数的良好特性，又提高了高速钢的金属基底材料表面类金刚石(DLC)薄膜的耐磨损寿命。

Claims

1、一种高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于包括下列步骤：

a.将金属工件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空；

b.将氩气通入真空室，并保持真空度的稳定，然后开启离子源将金属工件表面活化；

c.关闭氩气，在金属工件和真空室之间加载负偏压，并开启钛电弧源使金属工件表面沉积钛过渡层；

d.开启石墨电弧源，设定石墨电弧源的初始放电频率，并控制石墨电弧源每放电一定脉冲数适当提高放电频率使金属工件表面沉积碳化钛过渡层；

e.关闭钛电弧源，控制石墨电弧源的放电脉冲数使金属工件表面沉积类金刚石薄膜。

2、根据权利要求1所述高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述真空室的真空度优于5×10^-3Pa。

3、根据权利要求1所述高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述氩气通入真空室时，其真空度稳定在3.2×10^-2Pa～4.9×10^-2Pa。

4、根据权利要求1所述高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述金属工件和真空室之间加载负偏压为-800V～-1500V。

5、根据权利要求1所述高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述石墨电弧源的初始放电频率设定为16Hz。

6、根据权利要求1所述高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述石墨电弧源的放电脉冲数控制为250000～300000个。

7、根据权利要求1所述高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述离子源的工作电压为2.0kV～3.0kV，工作时间为10min～30min。

8、根据权利要求1所述高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述钛电弧源的工作电流为55A～90A，工作时间为2min～10min。

9、根据权利要求1所述高速钢金属表面镀制类金刚石薄膜的方法，其特征在于所述石墨电弧源每放电一定脉冲数适当提高放电频率是每放电1000～3000个脉冲，放电频率提高8Hz，放电频率升高到32Hz后完成碳化钛过渡层的沉积。