CN103160796A - 在钢铁表面制备类金刚石薄膜的方法 - Google Patents
在钢铁表面制备类金刚石薄膜的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN103160796A CN103160796A CN201110427966XA CN201110427966A CN103160796A CN 103160796 A CN103160796 A CN 103160796A CN 201110427966X A CN201110427966X A CN 201110427966XA CN 201110427966 A CN201110427966 A CN 201110427966A CN 103160796 A CN103160796 A CN 103160796A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- diamond
- argon gas
- target
- film
- steel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明公开了一种在钢铁表面制备类金刚石薄膜的方法。利用高功率脉冲磁控溅射技术在钢铁表面制备结合强度高的类金刚石薄膜。制备的薄膜结合力≥80N,摩擦系数低至0.04N。对于类金刚石薄膜在苛刻环境下的应用提供了技术支持和保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种在钢铁表面制备类金刚石薄膜的方法,具体是用高功率脉冲磁控溅射技术在钢铁表面制备具有高结合力、高硬度、低摩擦系数、良好的耐腐蚀性的类金刚石薄膜。
背景技术
类金刚石薄膜具有高硬度、低摩擦系数、良好的耐腐蚀性,被广泛应用于航空航天、轮船、公路运输工具、刀具、医疗器械等方面。但是,由于存在热匹配、结构匹配的差异和苛刻的工况环境等因素,容易导致破损和脱落。因此,制备高结合力类金刚石薄膜,是提高类金刚石薄膜应用过程中的可靠性和拓展其应用范围的关键因素之。通常都通过溅射、电弧等技术在表面设计粘着层、梯度层和复合层的方法来提高类金刚石的附着力。但是传统的溅射由于离化率和电子能量低,很难使类金刚石薄膜达到很高的结合力。虽然电弧技术的离化率很高,可是电弧溅射容易产生较大液滴,导致薄膜局部不平整,制备的薄膜光洁度差。
发明内容
本发明的目的在于利用高功率脉冲磁控溅射技术在钢铁表面制备结合强度高的类金刚石薄膜。
高功率脉冲电源是1999年发展起来的一种新型电源,其离化率高达90%,等离子能密度1019,能量大于100eV的离子。由高功率脉冲电源激发的脉冲磁控溅射其金属离子带有很高的能量,和电弧相比,这种磁控溅射不仅可以与电弧想媲美,而且高功率脉冲磁控溅射,沉积的薄膜致密光滑。高功率脉冲磁控溅射技术是目前被认为最优秀的磁控溅射,在某些方面可以替代电弧镀,而且可以作为清洗电源来清洗工件表面。研究认为,利用高功率脉冲磁控在钻头上制备的氮化物薄膜比传统溅射技术制备的更为优良,结合力和寿命大大提高。本发明利用高功率脉冲技术来替代电弧镀,在提高类金刚石薄膜的结合力的基础上薄膜其原子光洁度。
一种在钢铁表面制备类金刚石薄膜的方法,其特征在于具体步骤为:
A对钢铁表面进行常规除油清洗,然后在丙酮和乙醇溶液中依次进行超声清洗;
B将钢铁样品置于多靶复合溅射真空系统中并预抽真空至2×10-3Pa;
C高功率脉冲磁控溅射粘着层,以金属靶为阴极,工作气体为氩气,沉积时间10~30min;
D反应磁控溅射缓冲层,以金属靶为阴极,工作气体为氩气和甲烷或氩气和乙烯或氩气和氮气,沉积时间30~60min;
E反应溅射沉积成分渐变复合类金刚石薄膜,工作气体为氩气和甲烷或氩气和乙烯,沉积时间600~120min;自然冷却后得到多层类金刚石复合薄膜。
在C步骤中,金属靶为Ti靶或Cr靶。
用本发明方法制备的薄膜结合力≥80N,摩擦系数低至0.04N。
本发明磁控溅射工艺成熟、设备简单、沉积温度低、成膜均匀、重复性好的优点,结合高功率脉冲高离化率、高能密度的优点,在钢铁表面通过梯度技术和复合技术获得结合力高,摩擦学性能和电化学性能优良的类金刚石薄膜,为类金刚石薄膜在极压、腐蚀环境下的应用提供了可能。
在钢铁表面制备的类金刚石薄膜依次由基体/粘着层/梯度层/功能层组成。基体是指钢铁需要类金刚石薄膜处理的表面;粘着层由Cr、Mo、Ti、Zr、W、Al等单一或多组分组成;梯度层从下到上由金属层想碳化物层过渡/金属层想氮化物层过渡;功能层即类金刚石薄膜。上述多层类金刚石复合薄膜,粘着层厚度为0.2~1μm、梯度层厚度为1~3μm,表层厚度为1~10μm。
本发明具有以下特点:
本发明没有废水废气等污染物,属于环境友好绿色环保镀膜。真空沉积的薄膜硬度高、表面光洁度好、摩擦系数低、有能力降低能耗、提高设备使用寿命和可靠性,尤其在苛刻环境下有巨大的应用前景。
具体实施方式
实施例1
取不锈钢片,不锈钢表面高结合力合类金刚石薄膜由基体/Ti层/梯度TiC层/类金刚石层,处理工艺按照以下步骤进行:(1)将不锈钢片进行常规除油清洗,然后在三氯甲烷溶液中依次进行超声清洗;(2)将不锈钢片置于多靶复合溅射沉积系统进行氩等离子体溅射清洗,氩气气压2~5Pa,偏压为1000~1600V,频率200~2000Hz,15~20min;(3)磁控溅射镀Ti层,金属Ti靶为阴极,处理时间15~30min,偏压800~1600V,频率200~2000Hz;靶偏压100~2000V,频率200~2000Hz;(4)磁控溅射镀TiC层15~30min;(5)溅射沉积成分渐变含氢类金刚石薄膜,其他条件保持不变,降低氩气和甲烷流量比到1/5V沉积时间20~120min,自然冷却后得到多层纳米复合类金刚石薄膜。
实施例2
取球墨铸铁钢块,球墨铸铁表面类金刚石薄膜由涂层基体/Cr层/梯度CrN层/类金刚石层,处理工艺按照以下步骤进行:(1)将球墨铸铁钢块进行常规除油清洗,然后在三氯甲烷溶液中依次进行超声清洗;(2)将球墨铸铁钢块置于多靶复合溅射沉积系统进行氩等离子体溅射清洗,氩气气压2~5Pa,偏压为1000~1600V,频率60~200KHz,15~20min;(3)磁控溅射镀Cr层,金属Cr靶为阴极,处理时间15~30min,偏压600~1200V,频率60~200KHz;靶偏压800~2000V,频率200~2000Hz;(4)磁控溅射镀CrN层沉积时间10~40min;(5)关闭氮气,调整氩气和甲烷流量比到1/5V沉积时间20~120min,自然冷却后得到多层纳米复合类金刚石薄膜。
Claims (2)
1.一种在钢铁表面制备类金刚石薄膜的方法,其特征在于具体步骤为:
A对钢铁表面进行常规除油清洗,然后在丙酮和乙醇溶液中依次进行超声清洗;
B将钢铁样品置于多靶复合溅射真空系统中并预抽真空至2×10-3Pa;
C高功率脉冲磁控溅射粘着层,以金属靶为阴极,工作气体为氩气,沉积时间10~30min;
D反应磁控溅射缓冲层,以金属靶为阴极,工作气体为氩气和甲烷或氩气和乙烯或氩气和氮气,沉积时间30~60min;
E反应溅射沉积成分渐变复合类金刚石薄膜,工作气体为氩气和甲烷或氩气和乙烯,沉积时间600~120min;自然冷却后得到多层类金刚石复合薄膜。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于C步骤中金属靶为Ti靶或Cr靶。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110427966XA CN103160796A (zh) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | 在钢铁表面制备类金刚石薄膜的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201110427966XA CN103160796A (zh) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | 在钢铁表面制备类金刚石薄膜的方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN103160796A true CN103160796A (zh) | 2013-06-19 |
Family
ID=48584323
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201110427966XA Pending CN103160796A (zh) | 2011-12-16 | 2011-12-16 | 在钢铁表面制备类金刚石薄膜的方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN103160796A (zh) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106282920A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-01-04 | 浙江工业大学 | 一种亚稳奥氏体不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法 |
CN106929800A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-07-07 | 信利光电股份有限公司 | 一种类金刚石复合薄膜及其制备方法 |
CN109972089A (zh) * | 2017-12-28 | 2019-07-05 | 核工业西南物理研究院 | 一种超厚含氢类金刚石涂层的制备方法 |
CN111991621A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-27 | 广州大学 | 一种医疗器具及其制备方法 |
CN114045458A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-02-15 | 艾瑞森表面技术(苏州)股份有限公司 | 一种应用于工具钢材质的铝合金加工用刀具的涂层方法 |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101469408A (zh) * | 2007-12-25 | 2009-07-01 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 不锈钢基底上沉积类金刚石碳薄膜的方法 |
-
2011
- 2011-12-16 CN CN201110427966XA patent/CN103160796A/zh active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101469408A (zh) * | 2007-12-25 | 2009-07-01 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 不锈钢基底上沉积类金刚石碳薄膜的方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
桂刚等: "1kA高功率脉冲磁控溅射电源研制及试验研究", 《真空》 * |
王静等: "铜上采用过渡层沉积类金刚石薄膜的研究", 《物理学报》 * |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106282920A (zh) * | 2016-08-31 | 2017-01-04 | 浙江工业大学 | 一种亚稳奥氏体不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法 |
CN106282920B (zh) * | 2016-08-31 | 2018-08-21 | 浙江工业大学 | 一种亚稳奥氏体不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法 |
CN106929800A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-07-07 | 信利光电股份有限公司 | 一种类金刚石复合薄膜及其制备方法 |
CN106929800B (zh) * | 2017-04-24 | 2019-02-19 | 信利光电股份有限公司 | 一种类金刚石复合薄膜及其制备方法 |
CN109972089A (zh) * | 2017-12-28 | 2019-07-05 | 核工业西南物理研究院 | 一种超厚含氢类金刚石涂层的制备方法 |
CN111991621A (zh) * | 2020-08-27 | 2020-11-27 | 广州大学 | 一种医疗器具及其制备方法 |
CN111991621B (zh) * | 2020-08-27 | 2022-11-08 | 广州大学 | 一种医疗器具及其制备方法 |
CN114045458A (zh) * | 2022-01-13 | 2022-02-15 | 艾瑞森表面技术(苏州)股份有限公司 | 一种应用于工具钢材质的铝合金加工用刀具的涂层方法 |
CN114045458B (zh) * | 2022-01-13 | 2022-06-17 | 艾瑞森表面技术(苏州)股份有限公司 | 一种应用于工具钢材质的铝合金加工用刀具的涂层方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109161841B (zh) | 一种AlCrN/AlCrSiN超硬纳米复合多层涂层及其制备方法和应用 | |
CN107620033B (zh) | 一种高纯强致密max相涂层的制备方法 | |
CN103382548B (zh) | 一种基体表面纳米复合Me-Si-N超硬涂层的制备方法 | |
CN103160781B (zh) | 模具钢表面多层梯度纳米复合类金刚石薄膜的制备方法 | |
CN101792898B (zh) | 一种提高镁合金抗磨损性能的碳膜及其制备方法 | |
CN106191794A (zh) | 钛合金表面超硬减摩耐磨复合膜层的覆层方法及钛合金材料 | |
CN103160796A (zh) | 在钢铁表面制备类金刚石薄膜的方法 | |
CN108796453B (zh) | 一种高温耐磨的AlCrSiN纳米复合涂层及其制备方法 | |
CN103436841B (zh) | 钇改性碳氮化铬铝/氮化硅纳米复合涂层及其沉积方法 | |
CN102021513B (zh) | 一种基体表面的高韧性抗氧化减磨涂层及其制备方法 | |
CN107022745A (zh) | 基于类金刚石薄膜的增厚型复合薄膜及其镀膜方法 | |
CN102383092A (zh) | 涂层、具有该涂层的被覆件及该被覆件的制备方法 | |
CN111005000B (zh) | 一种低应力四面体非晶碳复合膜及其制备方法 | |
CN106086886A (zh) | 一种自润滑二硼化钛/类金刚石涂层及其制备方法和应用 | |
CN108251797A (zh) | 一种钛合金切削刀具用TiAlN/CrN多层涂层及其制备方法 | |
CN101871086A (zh) | 一种催渗等离子氮碳共渗与类金刚石复合膜层的制备方法 | |
Cao et al. | Microstructure, mechanical and tribological properties of multilayer TiAl/TiAlN coatings on Al alloys by FCVA technology | |
CN103009697B (zh) | 一种自润滑梯度复合超硬膜及其制备方法 | |
CN109023243B (zh) | 一种超强韧、低摩擦碳基刀具涂层及其制备方法 | |
CN102330062A (zh) | 一种氮化钛/镍纳米多层薄膜的制备方法 | |
CN111304612B (zh) | 具有高硬度和高抗氧化性能的CrAlN/AlN纳米多层涂层及其制备方法 | |
CN103160794A (zh) | 在碳素钢或球墨铸铁表面制备类金刚石薄膜的方法 | |
CN105063713A (zh) | 一种航天器用铝合金表面复合膜及制备方法 | |
CN103938157B (zh) | 一种ZrNbAlN超晶格涂层及制备方法 | |
CN209024637U (zh) | 一种氮化钛复合膜 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C05 | Deemed withdrawal (patent law before 1993) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130619 |