CN117660874A - 一种机械零件表面的镀膜方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机械零件表面的镀膜方法，包括：对待镀膜的机械零件进行清洗及干燥处理；将干燥后的机械零件放置在真空室内，真空度在1.5×10‑3Pa以上，温度控制在20℃～23℃；向所述真空室内通入氮气，气压控制在0.5Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层；向所述真空室内通入氩气和氧气，气压控制在1×10‑ 3Pa～3×10‑3Pa，采用磁控溅射方法在所述混合层的表面溅射形成碳保护层；向所述真空室内通入碳氢类气体，保持真空度为5×10‑3Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在所述碳保护层的表面沉积形成DLC层。采用本发明的技术方案能够提高DLC层在机械零件表面的附着力，提高良品率，从而减小机械零件的更换频率。
Description
技术领域
本发明涉及表面镀膜技术领域，尤其涉及一种机械零件表面的镀膜方法。
背景技术
类金刚石膜(Diamond-like carbon，DLC)是一种由碳元素构成、在性质上和金刚石类似，同时又具有石墨原子组成结构的物质，由于DLC层具有高硬度、高弹性模量、低摩擦因数、耐磨损以及高电阻率的特点，很适合于作为机械零件的耐磨涂层。
然而，DLC层直接附着在机械零件的表面的缺点是附着性差，DLC层易剥落，特别是一些机械零件对于耐磨性的要求较高，在受到较大应力情况下容易出现DLC层剥落的情况，导致机械零件的更换频率较高。
发明内容
本发明实施例的目的在于，提供一种机械零件表面的镀膜方法，能够提高DLC层在机械零件表面的附着力，提高良品率，从而减小机械零件的更换频率。
为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种机械零件表面的镀膜方法，包括：
对待镀膜的机械零件进行清洗及干燥处理；
将干燥后的机械零件放置在真空室内，真空度在1.5×10-3Pa以上，温度控制在20℃～23℃；
向所述真空室内通入氮气，气压控制在0.5Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层；
向所述真空室内通入氩气和氧气，气压控制在1×10-3Pa～3×10-3Pa，采用磁控溅射方法在所述混合层的表面溅射形成碳保护层；
向所述真空室内通入碳氢类气体，保持真空度为5×10-3Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在所述碳保护层的表面沉积形成DLC层。
进一步地，所述采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层，具体包括：
启动钛靶和碳靶，采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层；其中，钛靶电流为0.5A，碳靶电流为2.5A，机械零件上的负偏压的大小为150V，频率为120kHz。
进一步地，钛靶和碳靶的溅射时间为100min～120min。
进一步地，所述混合层的厚度为10μm～15μm。
进一步地，所述采用磁控溅射方法在所述混合层的表面溅射形成碳保护层，具体包括：
启动碳靶，采用磁控溅射方法在所述混合层的表面溅射形成碳保护层；其中，溅射功率为600W～800W，机械零件上的负偏压的大小为150V～200V，频率为180kHz。
进一步地，氩气的流量为800sccm～1000sccm，氧气的流量为100sccm～150sccm，碳靶的溅射时间为50min～60min。
进一步地，所述碳保护层的厚度为50μm～80μm。
进一步地，所述采用磁控溅射离子镀膜方法在所述碳保护层的表面沉积形成DLC层，具体包括：
开启离子束电源，采用磁控溅射离子镀膜方法在所述碳保护层的表面沉积形成DLC层；其中，离子束电源的工作电流为2.0A～2.5A，机械零件上的负偏压大于200V，频率为150kHz。
进一步地，所述DLC层的沉积时间为60min～80min。
进一步地，所述DLC层的厚度为25μm～30μm。
与现有技术相比，本发明实施例提供了一种机械零件表面的镀膜方法，首先，对待镀膜的机械零件进行清洗及干燥处理，并将干燥后的机械零件放置在真空室内，真空度在1.5×10-3Pa以上，温度控制在20℃～23℃；接着，向真空室内通入氮气，气压控制在0.5Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层；然后，向真空室内通入氩气和氧气，气压控制在1×10-3Pa～3×10-3Pa，采用磁控溅射方法在混合层的表面溅射形成碳保护层；最后，向真空室内通入碳氢类气体，保持真空度为5×10-3Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在碳保护层的表面沉积形成DLC层；本发明实施例能够提高DLC层在机械零件表面的附着力，提高良品率，从而减小机械零件的更换频率。
附图说明
图1是本发明提供的一种机械零件表面的镀膜方法的一个优选实施例的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本技术领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种机械零件表面的镀膜方法，参见图1所示，是本发明提供的一种机械零件表面的镀膜方法的一个优选实施例的流程图，所述方法包括步骤S11至步骤S15：
步骤S11、对待镀膜的机械零件进行清洗及干燥处理；
步骤S12、将干燥后的机械零件放置在真空室内，真空度在1.5×10-3Pa以上，温度控制在20℃～23℃；
步骤S13、向所述真空室内通入氮气，气压控制在0.5Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层；
步骤S14、向所述真空室内通入氩气和氧气，气压控制在1×10-3Pa～3×10-3Pa，采用磁控溅射方法在所述混合层的表面溅射形成碳保护层；
步骤S15、向所述真空室内通入碳氢类气体，保持真空度为5×10-3Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在所述碳保护层的表面沉积形成DLC层。
在具体实施时，首先，对待镀膜的机械零件进行清洗及干燥处理，使机械零件的表面没有尘埃和油渍，并将干燥处理后的机械零件放置在真空室内，真空室内的真空度在1.5×10-3Pa以上，真空室内的加热温度在20℃～23℃范围内(在整个镀膜过程中，真空室内的温度一直保持在20℃～23℃范围内)；接着，向真空室内通入氮气(N2，纯度为99.99％)，将真空室内的气压控制在0.5Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛(Ti)和碳(C)组成的混合层(即为Ti/C复合物层)；然后，向真空室内通入氩气(Ar)和氧气(O2)，将真空室内的气压控制在1×10-3Pa～3×10-3Pa范围内，采用磁控溅射方法在混合层的表面溅射形成碳保护层(即为C保护层)；最后，向真空室内通入碳氢类气体，将真空室内的真空度保持在5×10-3Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在碳保护层的表面沉积形成DLC层。
需要说明的是，在本发明实施例中，待镀膜的机械零件可以是金属零件，例如不锈钢零件，也可以是其他类型的零件，本发明实施例不作具体限定。
在另一个优选实施例中，所述采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层，具体包括：
启动钛靶和碳靶，采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层；其中，钛靶电流为0.5A，碳靶电流为2.5A，机械零件上的负偏压的大小为150V，频率为120kHz。
具体的，结合上述实施例，在机械零件的表面沉积混合层的过程中，可以采用两靶共同溅射，即，启动Ti靶和C靶，采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成混合层，且具体参数为：Ti靶电流为0.5A，C靶电流为2.5A，向机械零件施加的负偏压的大小为150V，偏压频率为120kHz。
需要说明的是，Ti靶和C靶是两个不同材料的靶材，并且在N2的工作气氛下进行溅射，因此，在机械零件的表面沉积形成的是Ti和C的混合层，Ti和C之间不会发生化学反应。
作为上述方案的改进，钛靶和碳靶的溅射时间为100min～120min。
具体的，结合上述实施例，在机械零件的表面沉积混合层的过程中，Ti靶和C靶的溅射时间相同，均在100分钟～120分钟范围内。
示例性的，Ti靶和C靶的溅射时间的取值可以为100分钟、102分钟、104分钟、106分钟、108分钟、110分钟、112分钟、114分钟、116分钟、118分钟或120分钟，也可以根据实际需求进行设置，本发明实施例不作具体限定。
作为上述方案的改进，所述混合层的厚度为10μm～15μm。
具体的，结合上述实施例，在机械零件的表面沉积形成的混合层的厚度在10微米～15微米范围内。
示例性的，混合层的厚度的取值可以为10微米、11微米、12微米、13微米、14微米或15微米，也可以根据实际需求进行设置，本发明实施例不作具体限定。
在又一个优选实施例中，所述采用磁控溅射方法在所述混合层的表面溅射形成碳保护层，具体包括：
启动碳靶，采用磁控溅射方法在所述混合层的表面溅射形成碳保护层；其中，溅射功率为600W～800W，机械零件上的负偏压的大小为150V～200V，频率为180kHz。
具体的，结合上述实施例，在混合层的表面溅射碳保护层的过程中，可以开启C靶，采用磁控溅射方法在混合层的表面溅射形成碳保护层，且具体参数为：磁控溅射的功率在600W～800W范围内，向机械零件施加的负偏压的大小在150V～200V范围内，偏压频率为180kHz。
示例性的，溅射功率的取值可以为600W、650W、700W、750W或800W，也可以根据实际需求进行设置，本发明实施例不作具体限定。
示例性的，负偏压的取值可以为150V、160V、170V、180V、190V或200V，也可以根据实际需求进行设置，本发明实施例不作具体限定。
作为上述方案的改进，氩气的流量为800sccm～1000sccm，氧气的流量为100sccm～150sccm，碳靶的溅射时间为50min～60min。
具体的，结合上述实施例，在混合层的表面溅射碳保护层的过程中，向真空室内通入的Ar的流量在800sccm～1000sccm范围内，向真空室内通入的O2的流量在100sccm～150sccm范围内，C靶的溅射时间在50分钟～60分钟范围内。
示例性的，Ar的流量的取值可以为800sccm、850sccm、900sccm、950sccm或1000sccm，也可以根据实际需求进行设置，本发明实施例不作具体限定。
示例性的，O2的流量的取值可以为100sccm、110sccm、120sccm、130sccm、140sccm或150sccm，也可以根据实际需求进行设置，本发明实施例不作具体限定。
示例性的，C靶的溅射时间的取值可以为50分钟、51分钟、52分钟、53分钟、54分钟、55分钟、56分钟、57分钟、58分钟、59分钟或60分钟，也可以根据实际需求进行设置，本发明实施例不作具体限定。
作为上述方案的改进，所述碳保护层的厚度为50μm～80μm。
具体的，结合上述实施例，在混合层的表面溅射形成的碳保护层的厚度在50微米～80微米范围内。
示例性的，混合层的厚度的取值可以为50微米、55微米、60微米、65微米、70微米、75微米或80微米，也可以根据实际需求进行设置，本发明实施例不作具体限定。
在又一个优选实施例中，所述采用磁控溅射离子镀膜方法在所述碳保护层的表面沉积形成DLC层，具体包括：
开启离子束电源，采用磁控溅射离子镀膜方法在所述碳保护层的表面沉积形成DLC层；其中，离子束电源的工作电流为2.0A～2.5A，机械零件上的负偏压大于200V，频率为150kHz。
具体的，结合上述实施例，在碳保护层的表面沉积DLC层的过程中，可以开启离子束电源，采用磁控溅射离子镀膜方法在碳保护层的表面沉积形成DLC层，且具体参数为：离子束电源的工作电流在2.0A～2.5A范围内，向机械零件施加的负偏压大于200V，偏压频率为150kHz。
示例性的，离子束电源的工作电流的取值可以为2.0A、2.1A、2.2A、2.3A、2.4A或2.5A，也可以根据实际需求进行设置，本发明实施例不作具体限定。
作为上述方案的改进，所述DLC层的沉积时间为60min～80min。
具体的，结合上述实施例，在碳保护层的表面沉积DLC层的过程中，DLC层的沉积时间在60分钟～80分钟范围内。
示例性的，DLC层的沉积时间的取值可以为60分钟、62分钟、64分钟、66分钟、68分钟、70分钟、72分钟、74分钟、76分钟、78分钟或80分钟，也可以根据实际需求进行设置，本发明实施例不作具体限定。
作为上述方案的改进，所述DLC层的厚度为25μm～30μm。
具体的，结合上述实施例，在碳保护层的表面沉积形成的DLC层的厚度在25微米～30微米范围内。
示例性的，DLC层的厚度的取值可以为25微米、26微米、27微米、28微米、29微米或30微米，也可以根据实际需求进行设置，本发明实施例不作具体限定。
结合上述所有实施例，下面通过第一个具体实施例来描述本方案的实施过程，包括：(1)对待镀膜的机械零件进行清洗及干燥处理，使机械零件的表面没有尘埃和油渍；(2)将干燥处理后的机械零件放置在真空室内，真空室内的真空度在1.5×10-3Pa以上，真空室内的温度控制在20℃；(3)向真空室内通入纯度为99.99％的N2，将真空室内的气压控制在0.5Pa，采用Ti靶和C靶共同溅射，并采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由Ti和C组成的混合层，其中，具体参数为：钛靶电流为0.5A，碳靶电流为2.5A，机械零件上的负偏压的大小为150V，频率为120kHz，Ti靶和C靶的溅射时间为100min，混合层的厚度为10μm；(4)以800sccm的流量向真空室内通入Ar，以100sccm的流量向真空室内通入O2，将真空室内的气压控制在1×10-3Pa，开启C靶，采用磁控溅射方法在混合层的表面溅射形成碳保护层，其中，具体参数为：溅射功率为600W，机械零件上的负偏压的大小为150V，频率为180kHz，C靶的溅射时间为50min，碳保护层的厚度为50μm；(5)向真空室内通入碳氢类气体，将真空室内的真空度保持在5×10-3Pa，开启离子束电源，采用磁控溅射离子镀膜方法在碳保护层的表面沉积形成DLC层，其中，具体参数为：离子束电源的工作电流为2.0A，机械零件上的负偏压大于200V，频率为150kHz，DLC层的沉积时间为60min，DLC层的厚度为25μm。
结合上述所有实施例，下面通过第二个具体实施例来描述本方案的实施过程，包括：(1)对待镀膜的机械零件进行清洗及干燥处理，使机械零件的表面没有尘埃和油渍；(2)将干燥处理后的机械零件放置在真空室内，真空室内的真空度在1.5×10-3Pa以上，真空室内的温度控制在22℃；(3)向真空室内通入纯度为99.99％的N2，将真空室内的气压控制在0.5Pa，采用Ti靶和C靶共同溅射，并采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由Ti和C组成的混合层，其中，具体参数为：钛靶电流为0.5A，碳靶电流为2.5A，机械零件上的负偏压的大小为150V，频率为120kHz，Ti靶和C靶的溅射时间为110min，混合层的厚度为13μm；(4)以900sccm的流量向真空室内通入Ar，以130sccm的流量向真空室内通入O2，将真空室内的气压控制在2×10-3Pa，开启C靶，采用磁控溅射方法在混合层的表面溅射形成碳保护层，其中，具体参数为：溅射功率为700W，机械零件上的负偏压的大小为170V，频率为180kHz，C靶的溅射时间为55min，碳保护层的厚度为65μm；(5)向真空室内通入碳氢类气体，将真空室内的真空度保持在5×10-3Pa，开启离子束电源，采用磁控溅射离子镀膜方法在碳保护层的表面沉积形成DLC层，其中，具体参数为：离子束电源的工作电流为2.3A，机械零件上的负偏压大于200V，频率为150kHz，DLC层的沉积时间为70min，DLC层的厚度为28μm。
结合上述所有实施例，下面通过第三个具体实施例来描述本方案的实施过程，包括：(1)对待镀膜的机械零件进行清洗及干燥处理，使机械零件的表面没有尘埃和油渍；(2)将干燥处理后的机械零件放置在真空室内，真空室内的真空度在1.5×10-3Pa以上，真空室内的温度控制在23℃；(3)向真空室内通入纯度为99.99％的N2，将真空室内的气压控制在0.5Pa，采用Ti靶和C靶共同溅射，并采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由Ti和C组成的混合层，其中，具体参数为：钛靶电流为0.5A，碳靶电流为2.5A，机械零件上的负偏压的大小为150V，频率为120kHz，Ti靶和C靶的溅射时间为120min，混合层的厚度为15μm；(4)以1000sccm的流量向真空室内通入Ar，以150sccm的流量向真空室内通入O2，将真空室内的气压控制在3×10-3Pa，开启C靶，采用磁控溅射方法在混合层的表面溅射形成碳保护层，其中，具体参数为：溅射功率为800W，机械零件上的负偏压的大小为200V，频率为180kHz，C靶的溅射时间为60min，碳保护层的厚度为80μm；(5)向真空室内通入碳氢类气体，将真空室内的真空度保持在5×10-3Pa，开启离子束电源，采用磁控溅射离子镀膜方法在碳保护层的表面沉积形成DLC层，其中，具体参数为：离子束电源的工作电流为2.5A，机械零件上的负偏压大于200V，频率为150kHz，DLC层的沉积时间为80min，DLC层的厚度为30μm。
综上，本发明实施例所提供的一种机械零件表面的镀膜方法，首先，对待镀膜的机械零件进行清洗及干燥处理，并将干燥后的机械零件放置在真空室内，真空度在1.5×10- 3Pa以上，温度控制在20℃～23℃；接着，向真空室内通入氮气，气压控制在0.5Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层；然后，向真空室内通入氩气和氧气，气压控制在1×10-3Pa～3×10-3Pa，采用磁控溅射方法在混合层的表面溅射形成碳保护层；最后，向真空室内通入碳氢类气体，保持真空度为5×10-3Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在碳保护层的表面沉积形成DLC层；通过采用本发明实施例在机械零件的表面镀膜，能够显著提高DLC层在机械零件表面的附着力，提高良品率，从而减小机械零件的更换频率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种机械零件表面的镀膜方法，其特征在于，包括：
对待镀膜的机械零件进行清洗及干燥处理；
将干燥后的机械零件放置在真空室内，真空度在1.5×10-3Pa以上，温度控制在20℃～23℃；
向所述真空室内通入氮气，气压控制在0.5Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层；
向所述真空室内通入氩气和氧气，气压控制在1×10-3Pa～3×10-3Pa，采用磁控溅射方法在所述混合层的表面溅射形成碳保护层；
向所述真空室内通入碳氢类气体，保持真空度为5×10-3Pa，采用磁控溅射离子镀膜方法在所述碳保护层的表面沉积形成DLC层。
2.如权利要求1所述的机械零件表面的镀膜方法，其特征在于，所述采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层，具体包括：
启动钛靶和碳靶，采用磁控溅射离子镀膜方法在机械零件的表面沉积形成由钛和碳组成的混合层；其中，钛靶电流为0.5A，碳靶电流为2.5A，机械零件上的负偏压的大小为150V，频率为120kHz。
3.如权利要求2所述的机械零件表面的镀膜方法，其特征在于，钛靶和碳靶的溅射时间为100min～120min。
4.如权利要求1～3中任一项所述的机械零件表面的镀膜方法，其特征在于，所述混合层的厚度为10μm～15μm。
5.如权利要求1所述的机械零件表面的镀膜方法，其特征在于，所述采用磁控溅射方法在所述混合层的表面溅射形成碳保护层，具体包括：
启动碳靶，采用磁控溅射方法在所述混合层的表面溅射形成碳保护层；其中，溅射功率为600W～800W，机械零件上的负偏压的大小为150V～200V，频率为180kHz。
6.如权利要求5所述的机械零件表面的镀膜方法，其特征在于，氩气的流量为800sccm～1000sccm，氧气的流量为100sccm～150sccm，碳靶的溅射时间为50min～60min。
7.如权利要求1、5～6中任一项所述的机械零件表面的镀膜方法，其特征在于，所述碳保护层的厚度为50μm～80μm。
8.如权利要求1所述的机械零件表面的镀膜方法，其特征在于，所述采用磁控溅射离子镀膜方法在所述碳保护层的表面沉积形成DLC层，具体包括：
开启离子束电源，采用磁控溅射离子镀膜方法在所述碳保护层的表面沉积形成DLC层；其中，离子束电源的工作电流为2.0A～2.5A，机械零件上的负偏压大于200V，频率为150kHz。
9.如权利要求8所述的机械零件表面的镀膜方法，其特征在于，所述DLC层的沉积时间为60min～80min。
10.如权利要求1、8～9中任一项所述的机械零件表面的镀膜方法，其特征在于，所述DLC层的厚度为25μm～30μm。
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|---|---|---|---|
| CN202211030332.5A CN117660874A (zh) | 2022-08-26 | 2022-08-26 | 一种机械零件表面的镀膜方法 |
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