本发明专利技术公开了一种低应力、耐腐蚀的多层类金刚石(DLC)薄膜的沉积方法，它交替采用真空阴极弧源沉积方法和等离子体增强化学气相沉积方法在工件表面交替沉积不含氢和含氢的类金刚石薄膜，该方法能在工件表面沉积出微米级厚度的、高硬度、低应力、结合性能好、耐腐蚀性好、稳定性强的多层类金刚石(DLC)薄膜；从而大大提高工件在液体介质环境下服役的时间。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种低应力、耐腐蚀的多层类金刚石(DLC)薄膜的沉积方法，它交替采用真空阴极弧源沉积方法和等离子体增强化学气相沉积方法在工件表面交替沉积不含氢和含氢的类金刚石薄膜，该方法能在工件表面沉积出微米级厚度的、高硬度、低应力、结合性能好、耐腐蚀性好、稳定性强的多层类金刚石(DLC)薄膜；从而大大提高工件在液体介质环境下服役的时间。【专利说明】一种低应力、耐腐蚀的多层类金刚石(DLC)薄膜的沉积方法
本专利技术属于表面工程
，尤其属于一种多层类金刚石(DLC)薄膜的沉积方法。
技术介绍
类金刚石薄膜(DLC)具有高硬度，低摩擦系数，高耐磨以及化学惰性的特点。在关键零部件表面沉积类金刚石薄膜(DLC)可提高零部件的耐磨损性能。根据含氢与否，类金刚石薄膜可以分为含氢DLC薄膜和不含氢DLC薄膜两大类。含氢DLC薄膜一般具有较低的应力，可以沉积形成厚度较大的薄膜，但是与不含氢DLC薄膜相比，其硬度、强度较低，在液体介质环境下摩擦系数较大、耐磨性较差M.Suzuki, T.0hana, A.Tanaka.Tribological properties of DLC films with different hydrogen contentsin water environment, Diamond&Related Materials，2004，(13):2216 - 2220]? 与含氢DLC薄膜相比，不含氢DLC薄膜硬度、强度高，在液体介质环境中摩擦系数低、耐磨性较好谢红梅.类金刚石薄膜的摩擦学特性研究进展，表面技术，2011，(40)3:90-97] ?但是不含氢DLC薄膜中内应力较大Wei Daij Guosong Wuj Aiying Wang.Preparation, characterization and properties of Cr—incorporated DLC films onmagnesium alloy, Diamond&Related Materials, 2010，(19): 1307 - 1315]，限制了薄膜的厚度，难以沉积形成微米级厚度的薄膜，并且这种高应力的不含氢DLC薄膜在长期服役过程中，由于应力释放，可能会导致薄膜剥落；同时在液体介质环境中服役时，由于薄膜中应力的存在可能会加剧应力腐蚀，导致薄膜剥落，降低薄膜的寿命。为了降低不含氢的类金刚石薄膜的应力，已有釆用多层薄膜沉积技术制备出的低应力多层类金刚石薄膜 J.B.Caij etc.Microstructure, mechanical andtribological properties of a_C/a_C:Ti nanomultilayer film, Surface&CoatingsTechnology, 2013，(232):403 - 411 ； Ch.Schwarz,etc.1nvestigation on wearand adhesion of graded Si/SiC/DLC coatings deposited by plasma-enhanced-CVDjDiamond&Related Materials,2008，(17):1685 - 1688 ； S.Gayathrij etc.Spectroscopic studies on DLC/TM(Cr，Ag，Ti，Ni)multi layers，Materials ResearchBulletin,2012，(47):843 - 849 ； M.P Delplancke-Ogletreeaj0.R Monteir0.Wearbehavior of diamond-like carbon/metal carbide multilayers, Surface and CoatingsTechnology, 1998, (108-109):484-488]。这些多层DLC薄膜技术一般利用硅、金属或者金属碳化物层(不是DLC薄膜)作为应力释放层，与不含氢类金刚石(DLC)层交替沉积，可以大大减少类金刚石(DLC)薄膜的内应力，使膜厚达到微米级，并且能够保持DLC薄膜优异摩擦学性能；但是在制备过程中引入了除碳氢以外的其他元素(如钛、硅、铬等)，形成了碳元素(DLC薄膜)/金属元素(非DLC薄膜)界面，增加了界面的数量和复杂性，这使得DLC薄膜在溶液介质中长期服役时，由于界面元素排列混乱、界面元素(碳元素/金属元素)电化学位差别导致电偶腐蚀，导致界面的不稳定，使类金刚石多层薄膜剥落，降低类金刚石薄膜的寿命 C.V.Falub, etc.1n vitro studies of the adhesionof diamond-like carbon thin films on CoCrMo biomedical implant alloy.ActaMaterialia, 2011(59):4678 - 4689]。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低应力、耐腐蚀的多层类金刚石(DLC)薄膜的沉积方法，该方法能在工件表面沉积出微米级厚度的、高硬度、低应力、结合性能好、耐腐蚀性好、稳定性强的多层类金刚石(DLC)薄膜；从而大大提高工件在液体介质环境下服役的时间。本专利技术实现其专利技术目的，所采用的技术方案是，一种低应力、耐腐蚀的多层类金刚石(DLC)薄膜的沉积方法，其步骤为:A、将工件放入带微波等离子体源的磁过滤真空弧源设备的真空室内，抽真空至压力为(1.0-3.0) X 10?,向真空室内通入氩气对工件进行20-30分钟的溅射清洗；B、开启磁过滤真空弧源设备的石墨阴极电弧电源，使石墨阴极弧光放电产生碳离子，同时在工件上施加1000-5000V的脉冲负偏压，在工件表面进行1-3分钟的碳离子注入/沉积，形成注入过渡层；C、再向真空室通入氩气、碳源气体，氩气和碳源气体流量比为1:0.1-5，真空室的气体压力为0.5-5Pa，同时在工件上施加200-600V脉冲负偏压，启动微波离子体源，并使微波功率为400-800W，在工件上进行1-30分钟的微波等离子体增强化学气相沉积，沉积出含氢DLC薄膜；D、随后，开启石墨阴极电弧电源，使石墨阴极弧光放电产生碳离子，同时在工件上施加100-1000V的脉冲负偏压，在工件上进行1-30分钟的碳离子沉积，在工件上形成不含氢类金刚石薄膜层；E、重复步骤C和D的沉积过程1-50次。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:一、本专利技术创造性地交替采用真空阴极弧源沉积方法和等离子体增强化学气相沉积方法在工件表面交替沉积不含氢和含氢的类金刚石薄膜，利用含氢DLC薄膜层低应力的优势，释放高应力的不含氢DLC膜层的应力，得到低应力的多层类金刚石薄膜，从而成功制备出微米级厚度的多层类金刚石薄膜。同时由于不含氢的类金刚石薄膜硬度高，整个薄膜的硬度高。二、沉积过程中不引入碳、氢以外的元素，使得多层膜界面的C-C网格得以延续。避免了碳元素/金属元素形成复杂的界面带来的电化学位差别，而导致的电偶腐蚀。有效提高了薄膜在溶液介质中的耐腐蚀性能和长期稳定性，尤其适合在液体介质环境中服役的工件上沉积多本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低应力、耐腐蚀的多层类金刚石(DLC)薄膜的沉积方法，其步骤为:A、将工件放入带微波等离子体源的磁过滤真空弧源设备的真空室内，抽真空至压力为(1.0‑3.0)×10‑3Pa，向真空室内通入氩气对工件进行20‑30分钟的溅射清洗；B、开启磁过滤真空弧源设备的石墨阴极电弧电源，使石墨阴极弧光放电产生碳离子，同时在工件上施加1000‑5000V的脉冲负偏压，在工件表面进行1‑3分钟的碳离子注入/沉积，形成注入过渡层；C、再向真空室通入氩气、碳源气体，氩气和碳源气体流量比为1:0.1‑5，真空室的气体压力为0.5‑5Pa，同时在工件上施加200‑600V脉冲负偏压，启动微波离子体源，并使微波功率为400‑800W，在工件上进行1‑30分钟的微波等离子体增强化学气相沉积，沉积出含氢DLC薄膜；D、随后，开启石墨阴极电弧电源，使石墨阴极弧光放电产生碳离子，同时在工件上施加100‑1000V的脉冲负偏压，在工件上进行1‑30分钟的碳离子沉积，在工件上形成不含氢类金刚石薄膜层；E、重复步骤C和D的沉积过程1‑50次。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：冷永祥，张腾飞，孙鸿，黄楠，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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