CN208395256U - 类金刚石复合涂层及涂层工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种类金刚石复合涂层及涂层工具，涉及复合涂层技术领域，该类金刚石复合涂层包括以层状结构设置的类金刚石表面涂层和复合过渡层；复合过渡层包括依次交替设置的金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层；第一金属过渡层用于与类金刚石表面涂层结合；金属涂层或第一金属过渡层用于与金属基底结合；沿金属涂层至类金刚石表面涂层的方向，第一金属过渡层中的碳含量逐渐升高，第二金属过渡层中的碳含量逐渐降低，缓解了现有类金刚石层与金属基底结合力较差，易脱落的技术问题，达到提高类金刚石层与金属基底的结合力的目的。

Description

类金刚石复合涂层及涂层工具

技术领域

本实用新型涉及复合涂层技术领域，尤其是涉及一种类金刚石复合涂层及涂层工具。

背景技术

类金刚石薄膜是一种含有大量sp3键的非晶态碳膜，具有高硬度、低摩擦系数、良好的耐蚀性以及稳定的化学性能，被广泛应用于机电系统、汽车零部件、航空航天、医疗器械等诸多领域。

通常制备的类金刚石薄膜层残余应力大，其硬度和韧性较差，且类金刚石薄膜与金属基底的热膨胀系数相差大和匹配度低导致两者的结合力较差，易脱落，难以在金属基底表面沉积类金刚石，这极大限制了类金刚石薄膜的应用，尤其是当基底为不锈钢时，由于不锈钢与类金刚石薄膜的匹配度低，应力过大，极易出现薄膜脱落的现象。

有鉴于此，特提成本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的第一目的在于提供一种类金刚石复合涂层，以缓解现有类金刚石层残余应力大，硬度和韧性较差，且类金刚石层与金属基底的热膨胀系数相差大和匹配度低导致两者的结合力较差，易脱落的技术问题。

本实用新型的第二目的在于提供一种包含上述类金刚石复合涂层的涂层工具。

为了实现本实用新型的上述目的，特采用以下技术方案：

一种类金刚石复合涂层，包括以层状结构设置的类金刚石表面涂层和复合过渡层；

所述复合过渡层包括依次交替设置的金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层；所述第一金属过渡层用于与所述类金刚石表面涂层结合；所述金属涂层或所述第一金属过渡层用于与金属基底结合；

沿所述金属涂层至所述类金刚石表面涂层的方向，所述第一金属过渡层中的碳含量逐渐升高，所述第二金属过渡层中的碳含量逐渐降低。

进一步的，所述金属涂层用于与金属基底结合。

进一步的，所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层与所述第二金属过渡层的厚度之比为(3-5):(1-2):(3-5):(1-2)。

进一步的，所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层与所述第二金属过渡层的厚度之比为(3-4):(1-2):(3-4):(1-2)。

进一步的，所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层和所述第二金属过渡层的单层厚度之和为10～200nm。

进一步的，所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层和所述第二金属过渡层的单层厚度之和为50～200nm。

进一步的，所述复合过渡层的厚度为2～10μm。

进一步的，所述复合过渡层的厚度为3-9μm。

进一步的，所述金属涂层、所述第一金属过渡层与所述第二金属过渡层均为不锈钢层。

一种涂层工具，包括工具本体，在所述工具本体的表面结合有上述类金刚石复合涂层。

与已有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：

本实用新型提供的类金刚石复合涂层包括类金刚石表面涂层和复合过渡层，该复合过渡层包括依次交替设置的金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层，其中，第一金属过渡层用于与类金刚石表面涂层结合，金属涂层或第一金属过渡层用于与金属基底结合。

当用第一金属过渡层与金属基底结合时，由于第一金属过渡层和金属基底的晶格匹配度以及应力更为匹配，因此，第一金属过渡层与金属基底的结合力更高，从而增加了复合涂层与金属基底的结合力，防止复合涂层与金属基底脱落。同时，复合过渡层表层的第一金属过渡层中的碳含量以梯度变化方式存在，碳含量逐步增加提高了第一金属过渡层与类金刚石表面涂层的结合强度。

当第一金属过渡层与金属基底之间设置金属涂层，用金属涂层与金属基底结合时，金属涂层中的碳含量与金属基底中的碳含量一致，两者的匹配度更高，从而可以进一步增加复合涂层与金属基底的结合强度，防止复合涂层从金属基底上脱落。

另外，本实用新型的复合涂层中与类金刚石中间涂层结合的是第一金属过渡层和第二金属过渡层，与类金刚石表面涂层结合的是第一金属过渡层，由于第一金属过渡层和第二金属过渡层中的碳含量是逐渐变化的，因此，与类金刚石中间涂层以及类金刚石表面涂层结合的一侧的碳含量较高，因此，可以降低类金刚石中间涂层和类金刚石表面涂层的残余应力，进而提高整个复合涂层的强度和韧性。

此外，复合过渡层中设置类金刚石中间涂层，并用碳含量逐渐降低的第二金属过渡层作为类金刚石中间涂层与金属涂层的结合层，可以增加两者的结合强度。该复合过渡层通过科学合理的多层结构的层层设计，在提高复合过渡层与金属基底及类金刚石表面涂层强度的同时，还可以通过层层间边界的设置防止复合涂层中裂纹的扩展，提高了复合涂层的强度和韧性，因此，本实用新型提供的复合涂层具有较高的硬度和较好的韧性，具有优良的综合性能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例1提供的类金刚石复合涂层与金属基底组合的结构示意图。

图标：100-金属基底；200-复合过渡层；201-金属涂层；202-第一金属过渡层；203-类金刚石中间涂层；204-第二金属过渡涂层；300-类金刚石表面涂层。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型的一个方面提供了一种类金刚石复合涂层，包括以层状结构设置的类金刚石表面涂层和复合过渡层；所述复合过渡层包括依次交替设置的金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层；所述第一金属过渡层用于与所述类金刚石表面涂层结合；所述金属涂层或所述第一金属过渡层用于与金属基底结合；沿所述金属涂层至所述类金刚石表面涂层的方向，所述第一金属过渡层中的碳含量逐渐升高，所述第二金属过渡层中的碳含量逐渐降低。

本实用新型提供的类金刚石复合涂层包括类金刚石表面涂层和复合过渡层，该复合过渡层包括依次交替设置的金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层，其中，第一金属过渡层用于与类金刚石表面涂层结合，金属涂层或第一金属过渡层用于与金属基底结合。

当用第一金属过渡层与金属基底结合时，由于第一金属过渡层和金属基底的晶格匹配度以及应力更为匹配，因此，第一金属过渡层与金属基底的结合力更高，从而增加了复合涂层与金属基底的结合力，防止复合涂层与金属基底脱落。同时，复合过渡层表层的第一金属过渡层中的碳含量以梯度变化方式存在，碳含量逐步增加提高了第一金属过渡层与类金刚石表面涂层的结合强度。

当第一金属过渡层与金属基底之间设置金属涂层，用金属涂层与金属基底结合时，金属涂层中的碳含量与金属基底中的碳含量一致，两者的匹配度更高，从而可以进一步增加复合涂层与金属基底的结合强度，防止复合涂层从金属基底上脱落。

另外，本实用新型的复合涂层中与类金刚石中间涂层结合的是第一金属过渡层和第二金属过渡层，与类金刚石表面涂层结合的是第一金属过渡层，由于第一金属过渡层和第二金属过渡层中的碳含量是逐渐变化的，因此，与类金刚石中间涂层以及类金刚石表面涂层结合的一侧的碳含量较高，因此，可以降低类金刚石中间涂层和类金刚石表面涂层的残余应力，进而提高整个复合涂层的强度和韧性。

此外，复合过渡层中设置类金刚石中间涂层，并用碳含量逐渐降低的第二金属过渡层作为类金刚石中间涂层与金属涂层的结合层，可以增加两者的结合强度。该复合过渡层通过科学合理的多层结构的层层设计，在提高复合过渡层与金属基底及类金刚石表面涂层强度的同时，还可以通过层层间边界的设置防止复合涂层中裂纹的扩展，提高了复合涂层的强度和韧性，因此，本实用新型提供的复合涂层具有较高的硬度和较好的韧性，具有优良的综合性能。

需要说明的是，本实用新型中的复合过渡层中的金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层按照该顺序依次交替重复设置，但是本实用新型的复合过渡层并未限制起始层，该复合过渡层的起始层可以是金属涂层，也可以是第一金属过渡层，其中，起始层是用来和金属基底结合的。但是本实用新型中的复合过渡层的表层，即与类金刚石表面涂层相结合的一层为第一金属过渡层。

此外，本实用新型对复合过渡层中的金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层依次交替设置的重复次数并未做具体的限定，以至少一次为准，例如，复合过渡层的结构可以为：金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层、第二金属过渡层、金属涂层和第一金属过渡层；也可以为：第一金属过渡层、类金刚石中间涂层、第二金属过渡层、金属涂层和第一金属过渡层。

复合过渡层中的金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层也可以重复数次，以一个[金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层]组成的层层结构为一个重复单元，该复合过渡层的结构例如可以为：第一个重复单元、第二个重复单元、……、第N个重复单元、金属涂层和第一金属过渡层，其中，N≥1且为自然数。

在本实用新型的一个实施方式中，所述金属涂层用于与金属基底结合。

在本实用新型的一个实施方式中，所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层与所述第二金属过渡层的厚度之比为(3-5):(1-2):(3-5):(1-2)，优选为(3-4):(1-2):(3-4):(1-2)。

通过合理设置金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层与所述第二金属过渡层之间的相对厚度，防止厚度偏差较大消弱层层之间的作用力，进而进一步增加复合过渡层中的层层之间的结合强度。

上述实施方式中，所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层与所述第二金属过渡层的厚度之比非限制性的例如可以为3:1:3:1、4:1:3:1、3:2:1:1、3:2:4:1、3:2:4:2或4:2:4:2。

在本实用新型的一个实施方式中，所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层和所述第二金属过渡层的单层厚度之和为10～200nm，优选为50～200nm。通过限定上述每层涂层的单层厚度之和可以进一步限定复合过渡层中每层涂层的厚度范围，进而可以进一步提高复合过渡层中层层之间的韧性。

上述实施方式中，所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层和所述第二金属过渡层的单层厚度之和非限制性的例如可以为10nm、20nm、50nm、70nm、100nm、120nm、150nm、170nm或200nm。

在本实用新型的一个实施方式中，所述复合过渡层的厚度为2～10μm，优选为3-9μm。通过限定复合过渡层的厚度范围，防止复合过渡层过厚导致韧性较差或过薄导致的强度降低，进而可以进一步提高复合涂层的韧性和强度。

上述实施方式中，复合过渡层的厚度非限制性的例如可以为2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm。

在本实用新型的一个实施方式中，金属涂层、第一金属过渡层和第二金属过渡层均为不锈钢层。

针对在不锈钢基底表面镀类金刚石薄膜后类金刚石薄膜容易脱落的问题，通过以不锈钢层作为金属涂层和第一金属过渡层，以提高复合涂层与不锈钢基底的结合强度。其中作为金属涂层的不锈钢层与不锈钢基底结合，两者的结合强度更高。

该实施方式中，通过在不锈钢基底表面设置复合涂层，提高了不锈钢材料表面的硬度，降低其摩擦系数，提高耐蚀性以及化学稳定性。通过在不锈钢基底和类金刚石表面涂层之间设置复合过渡层，提高了不锈钢基底和类金刚石表面涂层之间的结合力，降低类金刚石表面涂层的残余应力，避免类金刚石表面涂层从不锈钢基底上脱落。

本实用新型中的上述类金刚石复合涂层采用以下制备方法制备得到：利用沉积的方法交替制备出金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层后得到表层为第一金属过渡层的复合过渡层后，然后再在复合过渡层表面沉积类金刚石表面涂层得到类金刚石复合涂层。

上述制备方法的一个实施方式中是利用沉积的方法制备复合过渡层和类金刚石表面涂层，该方法可以减少金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层以及类金刚石表面涂层中的缺陷，减少结合产生的应力，提高各层之间的结合力。

上述制备方法的一个实施方式中，先利用磁控溅射的方法沉积制备金属涂层，在所得金属涂层表面沉积金属薄膜的过程中进行碳掺杂得到碳含量逐渐增加的第一金属过渡层，在所得第一金属过渡层表面沉积制备类金刚石中间涂层，之后再在所得类金刚石中间涂层表面沉积类金刚石薄膜的过程中进行金属掺杂得到碳含量逐渐减少的第二金属过渡层；之后再重复进行金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层的制备过程，最终得到表层为第一金属过渡层的复合过渡层，然后再在复合过渡层表面沉积类金刚石表面涂层得到类金刚石复合涂层。

在一个具体的实施方式中，上述制备方法的包括以下步骤：

步骤a)利用磁控溅射方法沉积制备金属涂层：工艺过程参数包括：真空室压强为0.2～1.3Pa，通入惰性气体，惰性气体流量为50～400sccm，金属靶材的功率为1～2.4KW，基底偏压-100～-300，沉积时间5～10min，得到金属涂层；

步骤b)：步骤a)完成后开启碳源靶材，使碳源靶材功率在3～5min内从0KW升至1～2KW，同时，在相同时间内使金属靶材功率从1～2.4KW降至0KW，得到第一金属过渡层；

步骤c)：在步骤b)完成后，保持碳源靶材的功率溅射沉积5～10min，得到类金刚石中间涂层；

步骤d)：步骤c)完成后开启金属靶材，使金属靶材功率在3～5min内从0KW升至1～2.4KW，同时，在相同时间内使金属靶材功率从1～2KW降至0KW，得到第二金属过渡层；

步骤e)：重复进行步骤a)～d)的过程，最终得到表层为第一金属过渡层的复合过渡层；

步骤f)：通过磁控溅射方法在步骤e)所得复合过渡层表面沉积制备类金刚石表面涂层，工艺参数包括：通入惰性气体，碳源靶材的功率为1～2KW，基底偏压基底偏压-10～-300V，溅射沉积时间5～10min。

上述实施方式中，第一金属过渡层的形成是在金属涂层沉积完成后，通过在降低金属靶材功率的同时提高碳源靶材的功率，相同时间内金属靶材功率降为0KW而碳源靶材功率升高为所需值，进行交叉沉积得到的。利用该方法得到的第一金属过渡层与金属涂层和类金刚石中间涂层的结合力更高，层层之间的缺陷更少。

同理，第二金属过渡层的形成是在类金刚石中间涂层沉积完成后，通过在降低碳源靶材功率的同时提高金属靶材的功率，相同时间内碳源靶材功率降为0KW而金属靶材功率升高为所需值，进行交叉沉积得到的。

可以理解的是，上述碳源靶材包括但不限于石墨靶材，能通过离子轰击溅射实现类金刚石薄膜的沉积即可。同理，上述金属靶材包括但不限于不锈钢靶材，可以根据实际的金属基底的材质进行选择。其中，惰性气体包括但不限于氩气、氖气或氙气。

在上述实施方式中，利用磁控溅射方法在所述第一金属层上沉积类金刚石层；可选地，磁控溅射沉积类金刚石层的工艺参数包括：在惰性气氛下进行沉积，石墨靶材的功率为90～110W，基底偏压0～100V，沉积时间45～60min。

在上述实施方式中，利用磁控溅射方法在金属基底表面沉积制备所述复合过渡层。直接在相应的金属基底表面沉积制备复合涂层，可以直接得到表面覆有该复合涂层的金属材料，便于后期工具的加工制作。

在上述实施方式中，先对所述金属基底进行预处理，再进行复合过渡层的制备。

通过预处理，以去除金属基底表面的赃物和金属基底表面的晶格缺陷，以提高复合过渡层与金属基底的表面结合度，进而提高结合强度。

在上述实施方式中，所述金属基底为不锈钢基底、工模钢、高速钢或硬质合金。针对上述基底，所述预处理包括清洗液清洗、辉光清洗和离子刻蚀清洗的步骤。

清洗液清洗可以去除金属基底表面的赃物。例如，利用清洗液进行清洗的方法包括以下步骤：首先将金属基底进行超声波清洗，依次用丙酮、乙醇分别清洗10～20min，然后用去离子水清洗，之后再用纯度≥99.5％氮气吹干，最后，再放入鼓风干燥箱中80～150℃进行烘干处理。

在上述实施方式中，所述辉光清洗的工艺参数包括：通入惰性气体，惰性气体流量300～500sccm，工作压强为1.0～1.7Pa，基底偏压-500～-800V，清洗时间10～30min；

在本实用新型的一个实施方式中，所述离子刻蚀清洗的工艺参数包括：通入惰性气体，惰性气体流量70～500sccm，离子源电压为20～30V，工作压强0.5～1.7Pa，基底偏压为-100～-800V，清洗时间10～30min。

离子刻蚀清洗是用惰性气体在离子源中离化成等离子体，对金属基底进行离子轰击清洗。

在本实用新型的一个实施方式中，类金刚石复合涂层的制备方法，包括以下步骤：

步骤a)清洗液清洗：首先将金属基底进行超声波清洗，依次用丙酮、乙醇分别清洗10～20min，然后用去离子水清洗，之后再用纯度≥99.5％氮气吹干，最后，再放入鼓风干燥箱中80～150℃进行烘干处理；将烘干后的样品固定在离子源/电弧离子镀复合镀膜设备中进行辉光清洗；

步骤b)辉光清洗：通入惰性气体，惰性气体流量300～500sccm，工作压强为1.0～1.7Pa，基底偏压-500～-800V，清洗时间10～30min；

步骤c)离子刻蚀清洗：辉光清洗结束后，开启离子源对样品进行离子轰击清洗，惰性气体流量70～500sccm，离子源电压为20～30V，工作压强0.5～1.7Pa，基底偏压为-100～-800V，清洗时间10～30min；

步骤d)制备复合过渡层和类金刚石表面涂层，具体过程为：

1)利用磁控溅射方法沉积制备金属涂层：工艺过程参数包括：真空室压强为0.2～1.3Pa，通入惰性气体，惰性气体流量为50～400sccm，金属靶材的功率为1～2.4KW，基底偏压-100～-300，沉积时间5～10min，得到金属涂层；

2)：步骤1)完成后开启碳源靶材，使碳源靶材功率在3～5min内从0KW升至1～2KW，同时，在相同时间内使金属靶材功率从1～2.4KW降至0KW，得到第一金属过渡层；

3)：在步骤2)完成后，保持碳源靶材的功率溅射沉积5～10min，得到类金刚石中间涂层；

4)：步骤3)完成后开启金属靶材，使金属靶材功率在3～5min内从0KW升至1～2.4KW，同时，在相同时间内使金属靶材功率从1～2KW降至0KW，得到第二金属过渡层；

5)：重复进行步骤1)～4)的过程，最终得到表层为第一金属过渡层的复合过渡层；

6)：通过磁控溅射方法在步骤5)所得复合过渡层表面沉积制备类金刚石表面涂层，工艺参数包括：通入惰性气体，碳源靶材的功率为1～2KW，基底偏压基底偏压-10～-300V，溅射沉积时间5～10min，沉积完成后在金属基底表面得到类金刚石复合涂层。

本实用新型提供的类金刚石复合涂层可广泛应用于机电系统、汽车零部件、航空航天和医疗器械等诸多领域中进行表面防护。

本实用新型的第二个方面提供了一种涂层工具，包括工具本体，在所述工具本体的表面结合有上述类金刚石复合涂层。

下面将结合实施例和对比例对本实用新型做进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例是一种类金刚石复合涂层，包括以层状结构设置的类金刚石表面涂层300和复合过渡层200；复合过渡层200包括依次交替设置的金属涂层201、第一金属过渡层202、类金刚石中间涂层203和第二金属过渡层204；第一金属过渡层202用于与类金刚石表面涂层300结合；金属涂层201或第一金属过渡层202用于与金属基底100结合；沿金属涂层201至类金刚石表面涂层300的方向，第一金属过渡层202中的碳含量逐渐升高，第二金属过渡层204中的碳含量逐渐降低。该实施例中的复合涂层涂覆于金属基底100表面。

该类金刚石复合涂层采用以下方法制备得到：

步骤a)清洗液清洗：首先将样品放入蒸馏水中超声清洗10min，再将样品放入丙酮溶液中超声清洗15min，之后再将样品放入无水乙醇溶液中超声清洗15min，然后用干燥氮气将衬底表面吹干，最后再将样品放入鼓风干燥箱中120℃烘干；并将烘干后的样片，固定在镀膜设备中的转架上；抽真空。当真空室压强抽到5.0×10^-3Pa以后，打开加热电源对真空室进行加热烘烤，加热温度为400℃，加热过程中开启转架系统，使样品进行公自传；当真空度达到3.0×10^-3Pa时，开始进行辉光清洗；

步骤b)辉光清洗：向真空室内通入氩气，控制氩气流量使工作压强为1.3Pa，基底偏压-600V，对基底进行辉光清洗，清洗时间20min；

步骤c)离子刻蚀清洗：辉光清洗结束后，开启离子源对样品进行离子轰击清洗，离子源电流为25A，氩气流量300sccm，工作压强1.3Pa，基底偏压为-500V，清洗时间20min；

步骤d)：离子刻蚀清洗结束后，通入氩气，流量为200sccm，调节真空室压强为1Pa，开启直流磁控不锈钢靶，不锈钢靶功率为2.4KW，基底偏压-200V，进行金属涂层制备；8min后，开启石墨靶电源，在4min内使石墨靶功率从0KW匀速攀升至2KW，同时不锈钢靶功率匀速下降为0KW，进行第一金属过渡层的制备；当石墨靶功率升至2KW后，保持5min制备类金刚石中间涂层；之后开启不锈钢靶电源，在4min内使不锈钢靶功率从0KW匀速攀升至2.4KW，同时石墨靶功率匀速下降为0KW，进行第二金属过渡层的制备；待石墨靶关闭后，保持不锈钢靶功率继续沉积以制备金属涂层；

如此往复循环制备出表层为第一金属过渡层的复合过渡层；

步骤e)：步骤d)完成后关闭不锈钢靶材，设置石墨靶材的功率为2KW，基底偏压基底偏压-200V，溅射沉积7min在复合过渡层表层得到类金刚石表面涂层，最终在金属基底表面得到类金刚石复合涂层。

实施例2

本实施例是一种类金刚石复合涂层，与实施例1中的结构相同。

本实施例中的类金刚石复合涂层采用以下方法制备得到：

步骤a)清洗液清洗：首先将样品放入蒸馏水中超声清洗10min，再将样品放入丙酮溶液中超声清洗15min，之后再将样品放入无水乙醇溶液中超声清洗15min，然后用干燥氮气将衬底表面吹干，最后再将样品放入鼓风干燥箱中130℃烘干；并将烘干后的样片，固定在镀膜设备中的转架上；抽真空。当真空室压强抽到5.0×10^-3Pa以后，打开加热电源对真空室进行加热烘烤，加热温度为300℃，加热过程中开启转架系统，使样品进行公自传；当真空度达到3.0×10^-3Pa时，开始进行辉光清洗；

步骤b)辉光清洗：向真空室内通入氩气，控制氩气流量使工作压强为1.2Pa，基底偏压-700V，对基底进行辉光清洗，清洗时间12min；

步骤c)离子刻蚀清洗：辉光清洗结束后，开启离子源对样品进行离子轰击清洗，离子源电流为25A，氩气流量500sccm，工作压强1.7Pa，基底偏压为-200V，清洗时间25min；

步骤d)：离子刻蚀清洗结束后，通入氩气，流量为400sccm，调节真空室压强为1.3Pa，开启直流磁控不锈钢靶，不锈钢靶功率为2KW，基底偏压-150V，进行金属涂层制备；10min后，开启石墨靶电源，在5min内使石墨靶功率从0KW匀速攀升至1.5KW，同时不锈钢靶功率匀速下降为0KW，进行第一金属过渡层的制备；当石墨靶功率升至1.5KW后，基底偏压设置为-100V，保持10min制备类金刚石中间涂层；之后开启不锈钢靶电源，在5in内使不锈钢靶功率从0KW匀速攀升至2KW，同时石墨靶功率匀速下降为0KW，进行第二金属过渡层的制备；待石墨靶关闭后，保持不锈钢靶功率继续沉积以制备金属涂层；

如此往复循环制备出表层为第一金属过渡层的复合过渡层；

步骤e)：步骤d)完成后关闭不锈钢靶材，设置石墨靶材的功率为1.5KW，基底偏压基底偏压-200V，溅射沉积10min在复合过渡层表层得到类金刚石表面涂层，最终在金属基底表面得到类金刚石复合涂层。

实施例3

本实施例是一种类金刚石复合涂层，与实施例1中的结构相同。

本实施例中的类金刚石复合涂层采用以下方法制备得到：

步骤a)清洗液清洗：首先将样品放入蒸馏水中超声清洗15min，再将样品放入丙酮溶液中超声清洗20min，之后再将样品放入无水乙醇溶液中超声清洗10min，然后用干燥氮气将衬底表面吹干，最后再将样品放入鼓风干燥箱150℃烘干；并将烘干后的样片，固定在镀膜设备中的转架上；抽真空。当真空室压强抽到5.0×10^-3Pa以后，打开加热电源对真空室进行加热烘烤，加热温度为200℃，加热过程中开启转架系统，使样品进行公自传；当真空度达到3.0×10^-3Pa时，开始进行辉光清洗；

步骤b)辉光清洗：向真空室内通入氩气，控制氩气流量使工作压强为1.0Pa，基底偏压-500V，对基底进行辉光清洗，清洗时间30min；

步骤c)离子刻蚀清洗：辉光清洗结束后，开启离子源对样品进行离子轰击清洗，离子源电流为20A，氩气流量150sccm，工作压强0.8Pa，基底偏压为-300V，清洗时间25min；

步骤d)：离子刻蚀清洗结束后，通入氩气，流量为150sccm，调节真空室压强为0.8Pa，开启直流磁控不锈钢靶，不锈钢靶功率为1.4KW，基底偏压-200V，进行金属涂层制备；10min后，开启石墨靶电源，在5min内使石墨靶功率从0KW匀速攀升至1KW，同时不锈钢靶功率匀速下降为0KW，进行第一金属过渡层的制备；当石墨靶功率升至1KW后，基底偏压设置为-150V，保持10min制备类金刚石中间涂层；之后开启不锈钢靶电源，在5min内使不锈钢靶功率从0KW匀速攀升至1.4KW，同时石墨靶功率匀速下降为0KW，进行第二金属过渡层的制备；待石墨靶关闭后，保持不锈钢靶功率继续沉积以制备金属涂层；

如此往复循环制备出表层为第一金属过渡层的复合过渡层；

步骤e)：步骤d)完成后关闭不锈钢靶材，设置石墨靶材的功率为1.5KW，基底偏压基底偏压-300V，溅射沉积7min在复合过渡层表层得到类金刚石表面涂层，最终在金属基底表面得到类金刚石复合涂层。

对比例1

本对比例是一种类金刚石涂层，该涂层中只含有一层类金刚石涂层。该类金刚石涂层利用实施例1中步骤e)的磁控溅射方法在经过预处理后的不锈钢基底表面进行沉积制备得到。

对实施例1-3中的表面覆有金刚石复合涂层的不锈钢材料和对比例1中的表面覆有类金刚石涂层的不锈钢材料进行性能测试。用安东帕NHT2型纳米压痕仪测试涂层硬度，用速普薄膜应力仪测试涂层残余压应力；用安东帕MST型纳米划痕仪测试涂层脱落时的压力载荷，测试结果列于表1。

表1性能测试结果

从表1中的数据可以看出，实施例1-3中的复合涂层在脱落时的压力载荷远高于对比例1中的涂层。另外，对比例1中的涂层的硬度也较低，而残余应力比实施例1-3高出了一倍以上。由此说明，本实用新型提供的类金刚石复合涂层与不锈钢基体的结合度更高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种类金刚石复合涂层，其特征在于，包括以层状结构设置的类金刚石表面涂层和复合过渡层；

所述复合过渡层包括依次交替设置的金属涂层、第一金属过渡层、类金刚石中间涂层和第二金属过渡层；所述第一金属过渡层用于与所述类金刚石表面涂层结合；所述金属涂层或所述第一金属过渡层用于与金属基底结合；

沿所述金属涂层至所述类金刚石表面涂层的方向，所述第一金属过渡层中的碳含量逐渐升高，所述第二金属过渡层中的碳含量逐渐降低；

所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层与所述第二金属过渡层的厚度之比为(3-5):(1-2):(3-5):(1-2)。

2.根据权利要求1所述的类金刚石复合涂层，其特征在于，所述金属涂层用于与金属基底结合。

3.根据权利要求1所述的类金刚石复合涂层，其特征在于，所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层与所述第二金属过渡层的厚度之比为(3-4):(1-2):(3-4):(1-2)。

4.根据权利要求1或2所述的类金刚石复合涂层，其特征在于，所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层和所述第二金属过渡层的单层厚度之和为10～200nm。

5.根据权利要求4所述的类金刚石复合涂层，其特征在于，所述金属涂层、所述第一金属过渡层、所述类金刚石中间涂层和所述第二金属过渡层的单层厚度之和为50～200nm。

6.根据权利要求1或2所述的类金刚石复合涂层，其特征在于，所述复合过渡层的厚度为2～10μm。

7.根据权利要求6所述的类金刚石复合涂层，其特征在于，所述复合过渡层的厚度为3-9μm。

8.根据权利要求1或2所述的类金刚石复合涂层，其特征在于，所述金属涂层、所述第一金属过渡层与所述第二金属过渡层均为不锈钢层。

9.一种涂层工具，包括工具本体，其特征在于：在所述工具本体的表面结合有权利要求1-8任一所述的类金刚石复合涂层。