一种在基材表面制备DLC薄膜的方法技术

一种在基材表面制备DLC薄膜的方法，它涉及一种DLC薄膜材料的制备方法。本发明专利技术目的是要解决现有方法制备的纯DLC薄膜具有较大的残余应力，且表面能高、表现出亲水性的问题。方法：一、表面处理；二、离子刻蚀清洗；三、制备金属过渡层和金属氮化物过渡层；四、制备DLC应力释放层；五、制备DLC疏水层，得到DLC疏水层-DLC应力释放层-金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材，即完成在基材表面制备DLC薄膜；步骤五得到的DLC薄膜从下至上依次由金属过渡层、金属氮化物过渡层、DLC应力释放层和DLC疏水层。优点：本发明专利技术制备的DLC薄膜具有低应力性能和疏水性。本发明专利技术主要用于在基材表面制备DLC薄膜。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种在基材表面制备DLC薄膜的方法，它涉及一种DLC薄膜材料的制备方法。本专利技术目的是要解决现有方法制备的纯DLC薄膜具有较大的残余应力，且表面能高、表现出亲水性的问题。方法：一、表面处理；二、离子刻蚀清洗；三、制备金属过渡层和金属氮化物过渡层；四、制备DLC应力释放层；五、制备DLC疏水层，得到DLC疏水层-DLC应力释放层-金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材，即完成在基材表面制备DLC薄膜；步骤五得到的DLC薄膜从下至上依次由金属过渡层、金属氮化物过渡层、DLC应力释放层和DLC疏水层。优点：本专利技术制备的DLC薄膜具有低应力性能和疏水性。本专利技术主要用于在基材表面制备DLC薄膜。【专利说明】一种在基材表面制备DLC薄膜的方法
本专利技术涉及一种DLC薄膜材料的制备方法，属于真空表面处理和材料表面保护领域。
技术介绍
随着石化产业的兴起，塑料制品越来越多的出现在人们的日常生活中，而工业上对塑料模具的要求也越来越高。塑料模具材料范围很广，如硬质合金、模具钢，但是对性能要严格，如耐蚀性、耐冲击性以及出色的防粘模性能，在实际生产中模具成本占塑料制品成本中比较大的比例，所以制造延长模具的使用寿命具有非常重要的经济意义。目前采用镀膜的模具是一种延长模具使用寿命的非常有效的方法。 DLC薄膜具有硬度高、摩擦磨损性能优越、化学性能稳定以及生物相容性好等优点而具有广泛的应用价值，在塑料模具中应用DLC薄膜可以有效地提高模具的使用寿命。但是纯DLC薄膜表现出来的较大的残余应力、较低的抗氧化性能以及较高的表面能在一定程度上限制了 DLC薄膜的应用，无氢DLC的残余应力问题尤为突出。
技术实现思路
本专利技术目的是要解决现有方法制备的纯DLC薄膜具有较大的残余应力，且表面能高、表现出亲水性的问题，而提供一种在基材表面制备DLC薄膜的方法。 一种在基材表面制备DLC薄膜的方法，具体是按以下步骤完成的: 一、表面处理:先对基材进行砂纸逐级打磨并抛光处理，然后超声波清洗，得到清洗好的基材； 二、离子刻蚀清洗:现有利用Ar离子对基材进行离子刻蚀清洗，再利用金属离子对基材进行离子刻蚀清洗，得到离子刻蚀清洗后基材； 三、制备金属过渡层和金属氮化物过渡层:先利用磁控溅射方法在离子刻蚀清洗后基材表面制备金属过渡层，得到金属过渡层-基材，然后利用磁控溅射方法在金属过渡层-基材的金属过渡层上制备金属氮化物过渡层，得到金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材； 四、制备DLC应力释放层:利用高功率磁控溅射方法在金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材的金属氮化物过渡层上制备DLC应力释放层，得到DLC应力释放层-金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材； 五、制备DLC疏水层:利用高功率磁控溅射方法在DLC应力释放层-金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材的DLC应力释放层上制备DLC疏水层，得到DLC疏水层-DLC应力释放层-金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材，即完成在基材表面制备DLC薄膜；步骤五得到的DLC薄膜从下至上依次由金属过渡层、金属氮化物过渡层、DLC应力释放层和DLC疏水层。 本专利技术的优点::一、本专利技术是采用高功率磁控溅射沉积技术制备DLC薄膜，通过使用BGS6341型电子薄膜应力分布测试仪，采用基片曲率的方法测量DLC薄膜的应力，结果表明本专利技术制备的DLC薄膜的应力为-0.981GPa，低于纯DLC薄膜的应力，因此本专利技术制备的DLC薄膜具有低应力性能；二、通过JC2000C3型静滴接触角/表面张力测量仪测量薄膜的接触角，结果表明本专利技术制备的DLC的水接触角为102.30，大于90ο，因此本专利技术制备的DLC薄膜具有疏水性；三、本专利技术DLC薄膜中的金属(非金属)和金属(非金属)氧化物的掺杂浓度可以分别通过靶功率控制调制；四、本专利技术具有安全、无污染等特点，设备简单、操作方便，为绿色环保表面处理技术。 【专利附图】【附图说明】 图1为【具体实施方式】一制备的DLC薄膜结构示意图，I表示基材，2表示金属过渡层，3表不金属氮化物过渡层,4表不DLC应力释放层,5表不DLC疏水层。 【具体实施方式】 【具体实施方式】一:本实施方式是一种在基材表面制备DLC薄膜的方法,具体是按以下步骤完成的: 一、表面处理:先对基材进行砂纸逐级打磨并抛光处理，然后超声波清洗，得到清洗好的基材； 二、离子刻蚀清洗:现有利用Ar离子对基材进行离子刻蚀清洗，再利用金属离子对基材进行离子刻蚀清洗，得到离子刻蚀清洗后基材； 三、制备金属过渡层和金属氮化物过渡层:先利用磁控溅射方法在离子刻蚀清洗后基材表面制备金属过渡层，得到金属过渡层-基材，然后利用磁控溅射方法在金属过渡层-基材的金属过渡层上制备金属氮化物过渡层，得到金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材； 四、制备DLC应力释放层:利用高功率磁控溅射方法在金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材的金属氮化物过渡层上制备DLC应力释放层，得到DLC应力释放层-金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材； 五、制备DLC疏水层:利用高功率磁控溅射方法在DLC应力释放层-金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材的DLC应力释放层上制备DLC疏水层，得到DLC疏水层-DLC应力释放层-金属氮化物过渡层-金属过渡层-基材，即完成在基材表面制备DLC薄膜。 本实施方式步骤五得到的DLC薄膜从下至上依次由金属过渡层、金属氮化物过渡层、DLC应力释放层和DLC疏水层，本实施方式步骤五得到的DLC薄膜的结构示意图如图1所不，I表不基材，2表不金属过渡层,3表不金属氮化物过渡层,4表不DLC应力释放层,5表示DLC疏水层。 原理:为了降低DLC薄膜的残余应力，可以通在DLC中掺杂金属元素(如T1、Cr、W、Zr、Cu)或者非金属元素(S1、N、F、H)来有效减低DLC薄膜的残余应力，提高膜基结合力，改善DLC薄膜的脆性。纯的DLC由于较高的表面能而表现出亲水性，不能满足模具防粘模的要求。限制了 DLC在模具表面的应用。目前可以通过掺杂F、T1、Ti02、S12等物质降低DLC的表面能，提高疏水性能。通过制备具有不同功能的DLC涂层，利用T1、Si的掺杂能降低DLC薄膜的残余应力，Ti02、Si02能降低DLC薄膜的表面能，制备出低应力、疏水的DLC薄膜，使DLC薄膜具有多功能性，应用于塑料模具，提高模具的使用寿命。 【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一的不同点是:步骤一中所述的基材为20Cr模具钢、40Cr模具钢、2Crl3模具钢或4Crl3模具钢。其他与【具体实施方式】一相同。 【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一或二之一不同点是:步骤一中所述的超声波清洗具体操作如下:先丙酮为清洗剂超声清洗15min?30min，然后以无水乙醇为清洗剂超声清洗15min?30min,最后以去离子水为清洗剂超声清洗15min?30min,吹干后得到清洗好的基材。其他与【具体实施方式】一或二相同。 【具体实施方式】四:本实施方式与【具体实施方式】一至三之一不同点是:步骤二中利用Ar离子对基材进行离子刻蚀清洗具体操作如下:所述洗好的基材放入高功率脉冲磁控溅射系统的真空室Cr靶正前方6本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基材表面制备DLC薄膜的方法，其特征在于在基材表面制备DLC薄膜的方法是按以下步骤完成的：一、表面处理：先对基材进行砂纸逐级打磨并抛光处理，然后超声波清洗，得到清洗好的基材；二、离子刻蚀清洗：现有利用Ar离子对基材进行离子刻蚀清洗，再利用金属离子对基材进行离子刻蚀清洗，得到离子刻蚀清洗后基材；三、制备金属过渡层和金属氮化物过渡层：先利用磁控溅射方法在离子刻蚀清洗后基材表面制备金属过渡层，得到金属过渡层‑基材，然后利用磁控溅射方法在金属过渡层‑基材的金属过渡层上制备金属氮化物过渡层，得到金属氮化物过渡层‑金属过渡层‑基材；四、制备DLC应力释放层：利用高功率磁控溅射方法在金属氮化物过渡层‑金属过渡层‑基材的金属氮化物过渡层上制备DLC应力释放层，得到DLC应力释放层‑金属氮化物过渡层‑金属过渡层‑基材；五、制备DLC疏水层：利用高功率磁控溅射方法在DLC应力释放层‑金属氮化物过渡层‑金属过渡层‑基材的DLC应力释放层上制备DLC疏水层，得到DLC疏水层‑DLC应力释放层‑金属氮化物过渡层‑金属过渡层‑基材，即完成在基材表面制备DLC薄膜；步骤五得到的DLC薄膜从下至上依次由金属过渡层、金属氮化物过渡层、DLC应力释放层和DLC疏水层。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李慕勤，孙薇薇，吴明忠，马臣，吴俊杰，张德秋，
申请(专利权)人：佳木斯大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23