CN107236926A - 类金刚石薄膜物理退膜方法及退膜设备 - Google Patents

类金刚石薄膜物理退膜方法及退膜设备 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种类金刚石薄膜物理退膜方法及退膜设备，至少包括反应退膜过程，所述反应退膜过程是在低真空环境中，使强氧化性反应气体在设定电源的诱发下产生带电等离子体与类金刚石薄膜逐层反应。本发明的退膜方法，过程简单，运用物理机制退膜，利用不断生成的带电等离子体的强氧化性，在电磁场的牵引下吸附在涂层表面并与类金刚石薄膜反应退膜，整个退膜过程不需要化学药剂，对基材不产生表面缺陷，粗糙度增加等问题，不影响基本尺寸，不改变材质性能。真正做到无损伤，方便高效，成本低廉，过程可控，绿色环保等特点。

Description

类金刚石薄膜物理退膜方法及退膜设备
技术领域
本发明涉及一种退膜方法及退膜设备，尤其是一种类金刚石薄膜物理退膜方法及退膜设备。
背景技术
常规类金刚石（DLC）薄膜，其功能层主要以碳元素为主，并含有少量的氢元素，微观结构含有碳的SP2，SP3键，兼顾了金刚石和石墨两种结构，宏观上表现出的性能既继承了金刚石相对比较稳定的化学性能，材质坚硬的物理性能；又包含了石墨表面具有自润滑性的物理特性，因而在众多有耐磨、硬度要求的零件上得到广泛应用。
因此，从这两方面的角度来看，一旦工件上涂覆了DLC薄膜，是很难通过后道工序的机械打磨或者抛光的方式得到有效去除，即便能够去除，相信也会耗费大量时间和人力物力，成本上难以承受；特别是批量型产品出现品质问题需要返工时，该弊端尤为突出。
发明内容
本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种类金刚石薄膜物理退膜方法及退膜设备。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
类金刚石薄膜物理退膜方法，至少包括反应退膜过程，所述反应退膜过程是在低真空环境中，使强氧化性反应气体在设定电源的诱发下产生带电等离子体与类金刚石薄膜逐层反应。
优选的，所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其中：所述反应退膜过程包括如下步骤：
S1，将待退膜工件放入真空腔中的导电盘上，并使其上的类金刚石薄膜暴露在真空腔中，抽真空至10Pa以下；
S2，向真空腔内通入强氧化性反应气体，并稳定一端时间；
S3，开启与导电盘连接的电源，控制产生的输出电压在200V-800V之间，占空比在30%-70%之间，从而使强氧化性反应气体不断生成带电等离子体与类金刚石薄膜反应，并控制带电等离子体定向移动产生的电流不大于设定值。
优选的，所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其中：所述强氧化性反应气体是氧气、含硫类气体或含氟类气体。
优选的，所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其中：所述电源是可输出高电压和高占空比的中频电源、脉冲电源或射频电源。
优选的，所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其中：在S2步骤中，所述强氧化性反应气体的流量为1-200sccm。
优选的，所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其中：在所述S3步骤中，控制真空腔内的温度不超过100℃。
优选的，所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其中：在所述S3步骤中，以半小时为周期停止一次反应退膜过程，并观察退膜效果，停歇5-10分钟后，再次开启反应退膜过程，重复上述过程至类金刚石薄膜全部或大部分去除时停止。
优选的，所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其中：在S3步骤中，控制带电等离子体定向移动产生的电流不大于1A。
优选的，所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其中：在所述反应退膜过程后还包括抛光过程，所述抛光过程是将经过反应退膜过程的待退膜工件从真空腔中取出后，用无尘纸沾取抛光研磨料对工件表明残留的类金刚石薄膜或裸露的过渡层或打底层进行抛光，至待退膜工件表面恢复金属光泽，无明显杂质残留后，清洗干净。
优选的，所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其中：所述抛光研磨料为钻石研磨膏，所述钻石研磨膏的粒度尺寸为不大于W3.5。
用于类金刚石薄膜物理退膜的设备，包括真空腔，所述真空腔内设置有用于放置待退膜工件且与设定电源连接的导电盘以及用于测量真空腔内温度的热电偶，所述导电盘具有水冷系统，所述电源、热电偶及水冷系统均连接所述控制装置，所述控制装置还连接通过管道分别与所述真空腔连接的抽真空设备、破真空设备及反应气体供应设备。
优选的，所述的用于类金刚石薄膜物理退膜的设备，其中：所述反应气体供应设备通过质量流量计进行流量控制。
优选的，所述的用于类金刚石薄膜物理退膜的设备，其中：所述控制装置是包括触摸屏的PLC控制系统。
本发明技术方案的优点主要体现在：
本发明的退膜方法，过程简单，运用物理机制退膜，利用不断生成的带电等离子体的强氧化性，在电磁场的牵引下吸附在涂层表面并与类金刚石薄膜反应退膜，整个退膜过程不需要化学药剂，对基材不产生表面缺陷，粗糙度增加等问题，不影响基本尺寸，不改变材质性能，真正做到无损伤，方便高效，成本低廉，过程可控，绿色环保等特点。
本发明的退膜设备，结构简单，整个控制过程可编程实现，操作便利，能够有效的实现类金刚石薄膜的退膜，真正做到方便高效，退膜过程稳定可控。
附图说明
图1 是本发明退膜设备的结构示意图；
图2是本发明的退膜状态示意图。
具体实施方式
本发明的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本发明技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本发明要求保护的范围之内。
本发明揭示了用于类金刚石薄膜物理退膜的设备，如附图１所示，包括真空腔，所述真空腔上设置有观察窗、腔门等（图中未示出），所述真空腔内设置有用于放置待退膜工件的导电盘，所述导电盘与设定电源连接且其具有水冷系统，以降低退膜产生的热量所造成的高温，对应的，所述真空腔内还设置有用于测量真空腔内温度的热电偶，所述电源、水冷系统及热电偶均连接控制装置，并且，所述电源通过真空腔绝缘，其优选是可输出高电压、高占空比的中频电源、脉冲电源或射频电源，所述控制装置是包括触摸屏的PLC控制系统。
所述真空腔还通过管道分别与抽真空设备、破真空设备及反应气体供应设备连接，所述抽真空设备、破真空设备及反应气体供应设备均连接控制装置，并且，所述破真空设备优选为放气阀门，所述反应气体供应设备通过质量流量计进行流量控制，其中的反应气体是可以是氧气、含硫类气体或含氟类气体等具有强氧化性的气体。
整个退膜过程可通过编程实现，一次反应退膜的时间、停歇时间，气流量，电压大小、占空比等皆可通过控制装置进行设置，并有实时监控和报警功能，从而真正做到方便高效，过程稳定可控。
进一步，本发明揭示了一种类金刚石薄膜物理退膜方法，采用上述的用于类金刚石薄膜物理退膜的设备，该退膜方法运用于广大涂覆有类金刚石薄膜的金属产品，比如各尺寸活塞环，气门挺杆、油针，模具等等，在此不一一举例，其至少包括反应退膜过程，所述反应退膜过程是在低真空环境中，使强氧化性反应气体在设定电源的诱发下产生带电等离子体与类金刚石薄膜逐层反应。
具体来说，所述反应退膜过程包括如下步骤：
S1，将待退膜工件放入真空腔中的导电盘上，并使其上的类金刚石薄膜暴露在真空腔中，以使类金刚石薄膜与后续生成的带电等离子体充分接触反应，具体操作时，将待退膜工件的非退膜区域面向导电盘放置，或者用铝箔纸或金属块、板进行遮挡，当待退膜工件是球形、圆柱形等易滚动的形状时，需要采取固定措施防止其滚动；工件摆放到位后，关闭真空腔，打开抽真空设备进行抽真空。
S2，当真空腔内抽到10Pa以下，通过质量流量计向真空腔内通入强氧化性反应气体，控制强氧化性反应气体的流量在1-200sccm之间，进一步优选在 50-150sccm之间，并稳定一端时间，所述强氧化性反应气体优选是氧气、含硫类气体，含氟类气体等。
S3，开启与导电盘连接的电源，并控制产生的输出电压在200V-800V之间，占空比在30%-70%之间，从而使强氧化性反应气体不断生成带电等离子体与类金刚石薄膜不断发生反应实现退膜。
进一步来说，真空腔内通入的强氧化性反应气体，在电源产生的电磁场的震荡激发下，单个气体分子中的外层电子持续获得足够多的能量，发生能级跃迁，使得原中性气体分子转化为带电荷的等离子体；电子能级跃迁的同时，还伴随有部分能量发生辐射转化为光能。
大量的气体分子同时发生这样的变化，宏观上肉眼即可观察到在电磁场最强的待退膜工件表面形成一层亮度极高的雾状发光层，如附图２所示，这一过程类似老式的汞蒸汽的日光灯，当然不同的强氧化性气体产生的颜色会有差异。
产生出的等离子体由于带有电荷，使得强氧化性反应气体具有了能够发生反应的化学键能，氧化性极强，在电磁场牵引下吸附在涂层表面，逐步将类金刚石薄膜中的碳元素反应掉，在电源和强氧化性反应气体源源不断的供给下，不断有带电等离子体产生并与类金刚石薄膜反应掉，周而复始，保证退膜稳定持续进行，直到退膜完成。
经发明人研究发现，大量的带电等离子体进行定向移动时形成了稳定的电流，电源的显示界面就能够读取到相应数值，而带电等离子体定向移动产生的电流会对退膜效果产生较大影响，当带电等离子体定向移动产生的电流控制在1A以下时能够取得最佳的退膜效果，进一步优选为0.5A以下，否则影响退膜效果，实际操作过程中，所述带电等离子体定向移动产生的电流的大小的控制主要通过调节气流量，电压，占空比控制来实现。
另外，由于退膜过程中不可避免会产生较多的热量，导致真空腔内温度过高，影响退膜，因此还需要根据真空腔内的温度情况，控制反应退膜的过程，实际操作中，以半小时为周期停止一次反应退膜过程，从而控制真空腔内的温度不超过100℃，在停止反应退膜时，通过观察窗观察退膜效果，必要情况下，可通过放气阀门通气，一般通入空气即可，精密易氧化工件可通入氮气，随后将待退膜工件从真空腔内取出查看退膜情况，并根据退膜效果，控制退膜的时间，停止反应退膜并停歇5-10分钟后，再次开启反应退膜过程，重复上述过程至类金刚石薄膜全部或大部分去除时停止。
经过反应退膜过程后，待退膜工件上可能还会剩余极薄（一般几百纳米）的薄膜过渡层或打底层或者轻微DLC残留，这些可通过钻磨膏轻轻抛光去除，即在所述反应退膜过程后还包括抛光过程。
详细来说，所述抛光过程是将经过反应退膜过程的待退膜工件从真空腔中取出后，用无尘纸沾取适量的抛光研磨料，所述抛光研磨料可以是常见的各种抛光研磨材料，优选为钻石研磨膏，所述钻石研磨膏的粒度尺寸为不大于W3.5，对待退膜工件表面残留的类金刚石薄膜或裸露的过渡层或打底层进行抛光，至待退膜工件表面恢复金属光泽，无明显杂质残留后，清洗干净。
本发明尚有多种实施方式，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.类金刚石薄膜物理退膜方法，其特征在于：至少包括反应退膜过程，所述反应退膜过程是在低真空环境中，使强氧化性反应气体在设定电源的诱发下产生带电等离子体与类金刚石薄膜逐层反应。
2.根据权利要求1所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其特征在于：所述反应退膜过程包括如下步骤：
S1，将待退膜工件放入真空腔中的导电盘上，并使其上的类金刚石薄膜暴露在真空腔中，抽真空至10Pa以下；
S2，向真空腔内通入强氧化性反应气体，并稳定一端时间；
S3，开启与导电盘连接的电源，控制产生的输出电压在200V-800V之间，占空比在30%-70%之间，从而使强氧化性反应气体不断生成带电等离子体与类金刚石薄膜反应，并控制带电等离子体定向移动产生的电流不大于设定值。
3.根据权利要求1所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其特征在于：所述强氧化性反应气体是氧气、含硫类气体或含氟类气体。
4.根据权利要求1所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其特征在于：所述电源是可输出高电压和高占空比的中频电源、脉冲电源或射频电源。
5.根据权利要求２所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其特征在于：在S2步骤中，所述强氧化性反应气体的流量为1-200sccm。
6.根据权利要求２所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其特征在于：在所述S3步骤中，控制真空腔内的温度不超过100℃。
7.根据权利要求6所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其特征在于：在所述S3步骤中，以半小时为周期停止一次反应退膜过程，并观察退膜效果，停歇5-10分钟后，再次开启反应退膜过程，重复上述过程至类金刚石薄膜全部或大部分去除时停止。
8.根据权利要求5所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其特征在于：在S3步骤中，控制带电等离子体定向移动产生的电流不大于1A。
9.根据权利要求1-8任一所述的类金刚石薄膜物理退膜方法，其特征在于：在所述反应退膜过程后还包括抛光过程，所述抛光过程是将经过反应退膜过程的待退膜工件从真空腔中取出后，用无尘纸沾取抛光研磨料对工件表明残留的类金刚石薄膜或裸露的过渡层或打底层进行抛光，至待退膜工件表面恢复金属光泽，无明显杂质残留后，清洗干净。
10.根据权利要求9类金刚石薄膜物理退膜方法，其特征在于：所述抛光研磨料为钻石研磨膏，所述钻石研磨膏的粒度尺寸为不大于W3.5。
11.用于类金刚石薄膜物理退膜的设备，其特征在于：包括真空腔，所述真空腔内设置有用于放置待退膜工件且与设定电源连接的导电盘以及用于测量真空腔内温度的热电偶，所述导电盘具有水冷系统，所述电源、热电偶及水冷系统均连接所述控制装置，所述控制装置还连接通过管道分别与所述真空腔连接的抽真空设备、破真空设备及反应气体供应设备。
12.根据权利要求11所述的用于类金刚石薄膜物理退膜的设备，其特征在于：所述反应气体供应设备通过质量流量计进行流量控制。
13.根据权利要求11-12任一所述的用于类金刚石薄膜物理退膜的设备，其特征在于：所述控制装置是包括触摸屏的PLC控制系统。
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