CN114351110B - 一种强化处理的类金刚石薄膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于类金刚石薄膜制备的技术领域，公开了一种强化处理的类金刚石薄膜及其制备方法。所述方法：将类金刚石涂层样品进行深冷处理，获得强化处理的类金刚石薄膜；所述类金刚石涂层样品中类金刚石涂层的sp3C体积含量为42％‑75％；所述深冷处理的条件：于‑100～‑196℃保温处理4～8h。本发明先制备sp3C体积含量为45‑75％的类金刚石涂层，然后通过深冷处理诱导涂层中部分sp2C转变为sp3C，从而提高涂层中的sp3C含量和涂层硬度。本发明的方法简单，通过深冷调控手段不仅无损且便于实现规模化量产。

Description

一种强化处理的类金刚石薄膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属表面改性技术，特别涉及一种强化处理的类金刚石薄膜及其制备方法。
背景技术
类金刚石涂层是由sp3C形成空间网络并含sp2C的非晶或非晶-纳米晶复合结构组成的材料。类金刚石涂层具有优异的物理、力学、化学、光学、电学、热学性能，尤其具有高硬度、低摩擦系数、宽范围光波透过性、优异的场发射电子性能、生物相容性等，在诸多领域得到广泛应用。在先进制造业的工模具、齿轮、轴承、生物医学植入器件、MEMS及传感器等表面通过类金刚石涂层改性可以大幅度地提高工件/元器件的使用寿命。类金刚石涂层的诸多性能受制于其组成相(杂化sp3C及杂化sp2C)的相对含量，尤其sp3C的相对含量对涂层的力学性能起着决定性作用。
类金刚石涂层sp2C/sp3C含量比值的调控方法主要包括：1)涂层制备中工艺参数、掺杂，如专利申请CN109402576A在类金刚石薄膜中掺氟、CN111020512A在涂层中掺银/铜；2)涂层后处理手段，如专利申请CN113355644A报道的离子浸没植入、CN109943824A报道的退火后处理等。当前所有的类金刚石涂层后处理方法带来的突出问题是：处理后无一例外地导致类金刚石涂层中sp3C含量减少、硬度降低。迄今缺少行之有效的提高类金刚石涂层中sp3C含量、使涂层获得强化的后处理技术。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种强化处理的类金刚石薄膜及其制备方法。本发明采用类金刚石涂层的深冷后处理、通过深冷实现sp2C→sp3C的相转变，达成了提高类金刚石涂层中sp3C含量、使涂层强化的目标。
本发明同时解决了以下主要技术问题：1)实现上述深冷相变必须满足的类金刚石涂层初始组织条件，尤其涂层初始sp3C含量；2)优化的深冷处理工艺参数。
根据碳的压力(P)-温度(T)相图，低温状态时在较低的压力下sp3C可处于稳定态，导致sp2C→sp3C相转变，但必须克服转变能垒。分子动力学模拟表明室温下当局部应力达到20GPa时可实现上述相转变。类金刚石涂层由刚性sp3C框架及易于滑动变形的无序石墨及无序石墨团簇组成。深冷处理可为诱导sp2C＝C→sp3C-C相转变创造以下条件：1)因为组成相及缺陷的热膨胀系数差异、刚性sp3C框架对涂层中易滑动sp2碳团簇的限制，深冷处理将在涂层内部产生巨大的局部压应力；2)微区碳簇内发生的相转变所释放的弹性能足以克服所需的转变能垒。因此，要求初始涂层具有适量的框架刚性，即具有适量的sp3C含量范围。如果刚性不足，则对碳团簇约束不够，不足以产生足够大的局部内应力和弹性能累积，则sp2C→sp3C的相转变不能发生；如果刚性太大，积累太大的局部内应力将导致刚性框架的溃塌，也不利于上述转变的产生。因此类金刚石涂层的初始组织调控及深冷工艺参数将确定上述相转变的可行性。
本发明首先低成本地制备sp3C含量适中的DLC涂层，然后通过设计的深冷处理方式使涂层中的局部区域发生sp2C→sp3C的相转变，从而通过深冷后处理提高涂层sp3C含量及涂层的硬度。
本发明目的通过如下技术方案实现：
一种强化处理的类金刚石薄膜的制备方法，包括以下步骤：
将类金刚石涂层样品进行深冷处理，获得强化处理的类金刚石薄膜；
所述类金刚石涂层样品中类金刚石涂层的sp3C体积含量为42％-75％；
所述深冷处理的条件：于-100～-196℃保温处理4～8h，优选为-120～-160℃处理4～8h。
深冷处理时，先以1～10℃/min的速率降温至深冷处理的温度，保温，再以1～10℃/min的速率升温至室温。
所述深冷处理具体为将类金刚石涂层样品置于程控深冷处理装置中，先以1～10℃/min的速率降温至深冷处理的温度，保温，再以1～10℃/min的速率升温至室温。
所述强化处理的类金刚石薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
S1)刻蚀活化：采用等离子体将表面洁净的导电金属样品进行刻蚀活化；步骤S1的具体步骤：经过超声清洗后的导电金属样品置于高等离子体密度的气相沉积装备的真空室中，利用氩等离子体对施加负脉冲偏压的导电金属样品表面进行刻蚀活化；
S2)磁控溅射制备Cr-WC过渡层：采用磁控溅射的方法在经过刻蚀活化的导电金属样品表面先沉积Cr层，然后沉积WC层，获得Cr-WC过渡层；
S3)类金刚石涂层的制备：采用PECVD(等离子体增强化学的气相沉积法)或物理气相沉积法(PVD)在Cr-WC过渡层上制备类金刚石涂层；
S4)将上述类金刚石涂层的样品进行深冷处理，获得强化处理的类金刚石薄膜。
步骤S1)中所述导电金属为铁基、铜基、钛基等导电金属。
步骤S1)中所述刻蚀活化：在真空室的背底真空低于5x10-3Pa后，通过离子源通入氩气使真空室维持压强为0.05～0.15Pa，开启离子源轰击清洗试片施加工件偏压-150～-250V；期间维持直流弧电流为15～25A；离子轰击清洗的时间为30～60分钟；根据刻蚀时的上述条件样品温度达到60-80℃；
步骤S2)中采用磁控溅射方法时，通入真空室氩气并维持压强为0.05～0.15Pa；首先开动Cr金属靶，沉积200～400nm厚Cr层后关闭；然后开动WC靶，沉积200～400nm后关闭；涂制结束后关闭磁控溅射；
所述磁控溅射采用双极脉冲直流电源，负脉冲电压-500～-750V，正脉冲电压+80～+120V，频率2000～3000Hz，占空比60～80％。在本发明的条件下，能够获得超细晶过渡层组织、同时降低残余内应力、提高膜基结合力。
步骤S3)中采用PECVD模式制备类金刚石涂层：
将碳氢气体或碳氢气和氩气的混合气体通入真空室，开通辅助直流线圈，调节电流强度设置闭合磁场强度，施加脉冲偏压于试样基底并在表面制备含氢的类金刚石涂层；
所述直流线圈以真空室轴线为对称轴对称布置，所获得磁场在真空室内均匀分布，该磁场使真空室内的荷电粒子获得洛伦兹力、运动轨迹呈螺旋线，增强粒子间的碰撞几率，从而调制真空室内等离子体的离化率，线圈电流1～3A；所述偏压为双极脉冲偏压，负脉冲电压为-400～-1000V，正脉冲电压+30～+40V，频率30～40kHz，占空比60～80％；根据所需涂层厚度调整涂制时间，涂层生长速率为1.0微米/小时估算；优化的类金刚石涂层厚度为1-3微米；
样品随炉冷却到低于50℃后自真空室取出试样；制备涂层的sp3C体积含量优化范围42％-75％。
步骤S3)中采用物理气相沉积模式制备类金刚石涂层：
真空室内通入氩气并维持压力0.3-0.6Pa；开启碳阴极电弧靶，维持靶电流80-120A；在工件表面施加偏压-100～-150V，以涂层生长速率250nm/小时估算；优化的涂层厚度为0.5-1.0微米。
样品随炉冷却到低于50℃后自真空室取出试样；制备涂层的sp3C体积含量优化范围42％-75％。
所述的碳氢气为乙炔气体。采用物理气相沉积模式时碳源为石墨靶。
本发明采用的高等离子体密度的气相沉积装备为具有辅助离子源、双极脉冲偏压电源、磁控溅射阴极、磁过滤直流电弧阴极、强磁直流辅助线圈的复合系统；可以实现等离子增强化学沉积模式(PECVD)制备类金刚石涂层，也可以实现电弧蒸发的物理气相沉积模式(PVD)制备类金刚石涂层；当采用PECVD模式时，采用纯石墨阴极电弧靶获得离化率超过90％的碳等离子体。
采用纳米压痕仪(Anton Paar TTX-NHT3，瑞士)测试硬度，加载5mN，加载速率为10mN/min，保压时间为10s；采用入射光子能量为1486.6eV的X射线光电子能谱仪(XPS，Thermo K-Alpha+，美国)分析涂层中的sp2C/sp3C体积含量比值。
与现有技术相比，本发明具有如下优点及有益效果：
本发明采用无损的深冷后处理提高了类金刚石涂层的sp3C含量和硬度。本发明的膜制备工艺简单，深冷调控手段不仅无损且便于实现规模化量产。
附图说明
图1为本发明实施例1～4所得类金刚石薄膜的截面剖视图；1-导电基体、2-Cr-WC过渡层、3-含氢类金刚石涂层；
图2为本发明实施例1获得涂层的sp2C/sp3C含量随深冷温度的变化曲线图；
图3为本发明实施例1获得涂层的硬度随深冷温度的变化曲线图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明，但本发明的实施方式不限如此。
本发明的实施例中导电金属表面制备的类金刚石薄膜的截面剖视图如图1所示，从内到外依次包括导电基体1、Cr-WC过渡层2、含氢的类金刚石涂层3。
含氢的类金刚石涂层经过深冷处理，获得类金刚石薄膜。
实施例1M35工具钢试片的表面处理
便于理解，本实施例获得的涂层结构如图1。将牌号为M35的工具钢表面采用GT-Cleaning system清洗后，放置在Hauzer flexcoat 850真空镀膜装置的样品工作台上，启动离子源对样品实施Ar+离子刻蚀后获得洁净的样品表面。然后启动该镀膜装置的Cr金属平面磁控溅射靶在M35工具钢样品表面获得400nm厚的Cr过渡层；之后线性地逐渐降低Cr靶的功率，10分钟将Cr靶功率降低到0并关闭Cr靶；同时启动WC磁控溅射靶在Cr过渡层上获得400纳米厚的Cr-WC过渡层。关闭所有磁控溅射靶后，采用PECVD模式在Cr-WC过渡层上制备1微米厚的DLC涂层(含氢的类金刚石涂层)。
具体步骤：
步骤1：尺寸为20x20x5mm的方形M35试片在在GT-Cleaning system清洗线清洗使表面洁净后，用无油压缩空气烘干，装挂在卡具上放入Hauzer flexcoat850真空镀膜装置，并开动工件托架旋转；
步骤2：真空室被抽到背底真空低于5x10-3Pa后，通过离子源通入氩气使真空室维持压强为0.15Pa，开启离子源轰击清洗试片施加工件偏压150V；期间维持直流弧电流为25A；离子轰击清洗30分钟后关闭离子源；
步骤3：磁控溅射制备Cr-WC过渡层：真空室氩气并维持压强为0.15Pa；首先开动Cr金属靶，靶功率4.5kW，沉积20分钟获得约400nm厚度的Cr层；10分钟内线性地降低Cr靶功率到0，同时开动WC靶，靶功率3.5kW，沉积40分钟获得约400nm厚度的WC层后关闭；该过程中磁控溅射双极脉冲直流电源的负脉冲电压-750V，正脉冲电压+120V，频率2500Hz，占空比80％；
步骤4：通入氩气和乙炔的混合气体，其流量比为1:1，维持真空室压强为0.8Pa；开通辅助直流线圈并调整线圈电流至3A；同时开通双极脉冲偏压，在样品上施加双极脉冲偏压，其中负脉冲电压-1000V，正脉冲电压+40V，占空比80％，频率30KHz，涂制时间70分钟后关闭所有电源，获得厚度1.2微米的含氢类金刚石涂层，随炉冷却低于50℃后取出样品；
步骤5：将上述制备的涂覆DLC涂层的样品分为6组，其中1组作为对照组不做深冷处理，另外5组分别在-120、-140、-160、-180、-196℃下深冷保温处理6小时；将样品放置到Cryometal-50程控深冷装置，然后样品以5℃/min的速率冷却到上述温度并保温6小时后，再以5℃/min的速率升温到室温室温后取出。
采用XPS方法测试制备态涂层中的sp3C含量为64.9％，不同处理涂层的sp3C/sp3C含量比值随深冷温度的变化如图2，-140℃深冷后涂层的sp3C含量对照组增加到66.0％；采用硬度仪测试的不同处理样品的硬度结果如图3，-140℃深冷后涂层的硬度比未做深冷处理的对照组增加了2GPa。
实施例2：铜合金试片的表面处理
便于理解，本实施例获得的涂层结构如图1。将牌号为T2的工业纯铜表面采用GT-Cleaning system清洗后，放置在Hauzer flexcoat 850真空镀膜装置的样品工作台上，启动离子源对样品实施Ar+离子刻蚀后获得洁净的样品表面。然后启动该镀膜装置的Cr金属平面磁控溅射靶在T2样品表面获得300nm厚的Cr过渡层；之后线性地逐渐降低Cr靶的功率，20分钟将Cr靶功率降低到0并关闭Cr靶；同时启动WC磁控溅射靶在Cr过渡层上获得300nm厚的Cr-WC过渡层。关闭所有磁控溅射靶后，采用PECVD模式在过渡层上制备5微米厚的DLC涂层(含氢的类金刚石涂层)。
具体步骤：
步骤1：尺寸为20x20x5mm的方形铜合金(T2)样品在GT-Cleaning system清洗线清洗使表面洁净后，用无油压缩空气烘干，装挂在卡具上放入Hauzer flexcoat 850真空镀膜装置，并开动工件托架旋转；
步骤2：刻蚀活化：真空镀膜系统的真空室被抽到背底真空低于5x10-3Pa后，通过离子源通入氩气使真空室维持压强为0.1Pa，开启离子源轰击清洗方形铜合金试片，施加工件偏压200V；期间维持直流弧电流为20A；离子轰击清洗40分钟后关闭离子源；
步骤3：磁控溅射制备600nm厚Cr-WC过渡层：真空镀膜系统的真空室氩气并维持压强为0.1Pa；首先开动Cr金属靶，靶功率为3.5kW，沉积10分钟，获得约300nm厚度的Cr层后关闭Cr金属靶；然后开动WC靶，靶功率为4kW，沉积20分钟，获得约300nm厚度的WC层后关闭WC靶，得到600nm厚Cr-WC过渡层；该过程中磁控溅射双极脉冲直流电源的负脉冲电压控制为-600V，正脉冲电压控制为+100V，频率为3000Hz，占空比为70％；
步骤4：通入氩气和乙炔气体，氩气和乙炔气体的流量比为1:1，开通辅助直流线圈并调整线圈电流为1A；同时开通双极脉冲偏压，在方形铜合金上施加双极脉冲偏压，其中负脉冲电压为-400V，正脉冲电压为+30V，占空比为60％，频率40KHz，涂制时间为180分钟后关闭所有电源，获得3微米厚含氢的类金刚石涂层；随炉冷却低于50℃后取出涂覆DLC涂层的方形铜合金；
步骤5：将上述制备的涂覆DLC涂层的样品放置到Cryometal-50程控深冷装置，然后样品以1℃/min的速率冷却到-160℃并保温8小时后，再以1℃/min的速率升温到室温后取出。
采用XPS方法测试制备态涂层中的sp3C含量为42％，经-160℃深冷后涂层的sp3C含量增加到46％；经-160℃深冷后涂层的硬度比未做深冷处理的对照组增加了4GPa。
实施例3钛合金合金试片的表面处理
便于理解，本实施例获得的涂层结构如图1。将牌号为Ti6Al4V钛合金表面采用GT-Cleaning system清洗后，放置在Hauzer flexcoat 850真空镀膜装置的样品工作台上，启动离子源对样品实施Ar+离子刻蚀后获得洁净的样品表面。然后启动该镀膜装置的Cr金属平面磁控溅射靶在Ti6Al4V样品表面获得200nm厚的Cr过渡层；之后线性地逐渐降低Cr靶的功率，10分钟将Cr靶功率降低到0并关闭Cr靶；同时启动WC磁控溅射靶在Cr过渡层上获得200nm厚的Cr-WC过渡层。关闭所有磁控溅射靶后，采用PVD模式在过渡层上制备3微米厚的DLC涂层(含氢的类金刚石涂层)。
具体步骤：
步骤1：尺寸为20x20x5mm的方形Ti6Al4V钛合金试片在清洗线清洗使表面洁净后，用无油压缩空气烘干，装挂在卡具上放入含有低压直流弧等离子源和磁控溅射的真空镀膜系统，并开动工件托架旋转；
步骤2：真空室被抽到背底真空低于5x10-3Pa后，通过离子源通入氩气使真空室维持压强为0.05Pa，开启离子源轰击清洗试片，施加工件偏压250V；期间维持直流弧电流为15A；离子轰击清洗60分钟后关闭离子源；
步骤3：磁控溅射制备Cr-WC过渡层：真空室氩气并维持压强为0.05Pa；首先开动Cr金属靶,靶功率3.5kW，沉积10分钟获得约200nm厚度的Cr层；10分钟内线性地降低Cr靶功率到0，同时开动WC靶，靶功率4.5kW，沉积20分钟获得约200nm厚度的WC层，关闭；该过程中磁控溅射双极脉冲直流电源的负脉冲电压-500V，正脉冲电压+80V，频率2000Hz，占空比60％；
步骤4：真空室内通入氩气并维持压力0.3Pa；开启碳阴极电弧靶，维持靶电流120A；在工件表面施加偏压-150V，涂制时间120分钟后关闭所有电源，获得0.9微米厚的类金刚石涂层；
步骤5：将上述制备的涂覆涂层样品分成2组进行深冷处理；A组放置到Cryometal-50程控深冷装置，以5℃/min的速率冷却到-140℃并保温4小时后，再以5℃/min的速率升温到室温后取出；B组放置到Cryometal-50程控深冷装置，以5℃/min的速率冷却到-196℃并保温8小时后，再以5℃/min的速率升温到室温后取出。
制备态涂层(步骤4中涂层)中的sp3C含量为73.9％，经-140℃深冷的A组涂层的sp3C含量增加到76.1％，硬度增加了5GPa；经-196℃深冷的B组涂层的的sp3C含量降低到66.4％，硬度降低了7GPa。
实施例4钛合金合金试片的表面处理
本实例仍采用PVD模式沉积类金刚石涂层；
步骤1～步骤3与实施例3一致；
步骤4：真空室内通入氩气并维持压力0.6Pa；开启碳阴极电弧靶，维持靶电流80A；在工件表面施加偏压-100V，涂制时间60分钟后关闭所有电源，获得0.5微米厚的类金刚石涂层；
步骤5：将上述制备的涂覆涂层样品分成2组进行深冷处理；A组放置到Cryometal-50程控深冷装置，以5℃/min的速率冷却到-120℃并保温4小时后，再以5℃/min的速率升温到室温后取出；B组放置到Cryometal-50程控深冷装置，以5℃/min的速率冷却到-180℃并保温8小时后，再以5℃/min的速率升温到室温后取出。
制备态涂层(步骤4中涂层)中的sp3C含量为68.1％，经-120℃深冷的A组涂层的sp3C含量增加到70.4％，硬度增加了3GPa；经-180℃深冷的B组涂层的的sp3C含量降低到64.7％，硬度降低了4GPa。
对比例钛合金合金试片的表面处理
本对比例仍采用PVD模式沉积类金刚石涂层；
步骤1～步骤3与实施例3一致；
步骤4：真空室内通入氩气并维持压力0.6Pa；开启碳阴极电弧靶，维持靶电流80A；开启加热电源使工件表面温度为200℃，在工件表面施加偏压-500V，涂制时间120分钟后关闭所有电源，获得0.9微米厚的类金刚石涂层；
步骤5：将上述制备的涂覆涂层样品放置到Cryometal-50程控深冷装置，以4℃/min的速率冷却到-140℃并保温5小时后，再以4℃/min的速率升温到室温后取出。
制备态涂层(步骤4中涂层)中的sp3C含量为39.4％，经-140℃深冷涂层的sp3C含量和硬度几乎不变，分别为sp3C 39.2％，硬度变化范围在±0.1GPa。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种强化处理的类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)将类金刚石涂层样品进行深冷处理，获得强化处理的类金刚石薄膜；
所述类金刚石涂层样品中类金刚石涂层的sp3C体积含量为42％-75％；
所述深冷处理的条件：于-120～-160℃保温处理4～8h；
深冷处理时，先以1～10℃/min的速率降温至深冷处理的温度，保温，再以1～10℃/min的速率升温至室温。
2.根据权利要求1所述强化处理的类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
S1)刻蚀活化：采用等离子体将表面洁净的导电金属样品进行刻蚀活化；
S2)磁控溅射制备Cr-WC过渡层：采用磁控溅射的方法在经过刻蚀活化的导电金属样品表面先沉积Cr层，然后沉积WC层，获得Cr-WC过渡层；
S3)类金刚石涂层的制备：采用等离子体增强化学的气相沉积法或物理气相沉积法在Cr-WC过渡层上制备类金刚石涂层；
S4)将上述类金刚石涂层的样品进行深冷处理，获得强化处理的类金刚石薄膜。
3.根据权利要求2所述强化处理的类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：
步骤S2)中磁控溅射制备Cr-WC过渡层：向真空室通入氩气并维持压强为0.05～0.15Pa；首先开动Cr金属靶，Cr金属靶功率为3.0～4.5kW，沉积10～20分钟，沉积200～400nm厚Cr层后关闭Cr金属靶；然后开动WC靶，WC靶功率为3.5～4.5kW，沉积20～40分钟，沉积200～400nm度的WC层后关闭WC靶；涂制结束后关闭磁控溅射；所述磁控溅射采用双极脉冲直流电源，负脉冲电压-500～-750V，正脉冲电压+80～+120V，频率2000～3000Hz，占空比60～80％。
4.根据权利要求2所述强化处理的类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：
步骤S3)中采用等离子增强化学气相模式制备类金刚石涂层：将碳氢气体或碳氢气和氩气的混合气体通入真空室，维持真空室压强为0.8-1.0Pa；开通辅助直流线圈，并调整线圈电流为1-3A，设置闭合磁场强度，施加双极脉冲偏压于导电金属样品，其中负脉冲电压为-400～-1000V，正脉冲电压为+30～+40V，频率为30～40kHz，占空比为60～80％，涂制时间为60-240分钟，在导电金属样品表面的Cr-WC过渡层上制备含氢的类金刚石涂层；含氢类金刚石涂层的厚度为1-3微米；
步骤S3)中采用物理气相沉积模式制备类金刚石涂层：真空室内通入氩气并维持压强0.3-0.6Pa；开启碳阴极电弧靶，维持靶电流80-120A；在工件表面施加偏压-100～-150V；涂层厚度为0.5-1.0微米。
5.根据权利要求4所述强化处理的类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：所述的碳氢气为乙炔气体；采用物理气相沉积模式时碳源为石墨靶；
采用化学气相沉积模式制备类金刚石时，高密度等离子体产生系由辅助强电磁的直流线圈、磁控溅射装置、阴极电弧靶在真空室内形成闭合磁场，增强碳源气体放电形成的等离子体的碰撞几率、提高等离子体的离化效率。
6.根据权利要求2所述强化处理的类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S1)的具体步骤：经过超声清洗后的导电金属样品置于高等离子体密度的气相沉积装备的真空室中，利用氩等离子体对施加负脉冲偏压的导电金属样品表面进行刻蚀活化；
所述的导电金属为铁基金属、铜基金属、钛基金属导电金属。
7.根据权利要求2所述强化处理的类金刚石薄膜的制备方法，其特征在于：
步骤S1)中刻蚀活化：将经过超声清洗后的表面洁净导电金属样品置于高密度等离子体气相沉积装备的真空室中，真空镀膜系统的真空室被抽到背底真空低于5x10-3Pa后，通过离子源通入氩气使真空室维持压强为0.05～0.15Pa，开启离子源轰击清洗后的导电金属工件，施加工件偏压-150～-250V；期间维持直流弧电流为15～25A；离子轰击清洗的时间为30～60分钟，离子轰击清洗完后关闭离子源。
8.一种由权利要求1～7任一项所述方法制备得到的强化处理的类金刚石薄膜。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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CN109943824B (zh) * 2019-04-28 2020-08-18 华南理工大学 一种高硬度导电的碳基薄膜的制备方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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