含类金刚石复合涂层及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种含类金刚石复合涂层及其制备方法和含有含类金刚石复合涂层的耐磨器件。本发明专利技术含类金刚石复合涂层包括结合在基底表面的过渡金属层，由所述基底向所述过渡金属层延伸方法，还包括依次结合在所述过渡金属层表面的过渡金属硼化物层、类金刚石层，且所述过渡金属硼化物层与类金刚石层至少为1次的交替层叠结合，并在最外层为所述过渡金属硼化物层。含类金刚石复合涂层能够实现充分缓解类金刚石层本身的内应力，提高了含类金刚石复合涂层整体韧性以及耐磨耐腐蚀性能。该制备方法避免了繁琐的制备工艺，不仅保证了沉积的含类金刚石复合涂层性能的稳定性，而且有效降低了其制备成本。

Diamond like composite coating and preparation method thereof

The invention discloses a diamond like composite coating and a preparation method thereof and a wearable device containing a diamond like composite coating. The invention includes a combination of diamond composite coating containing transition metal layer in the substrate surface, the transition from the substrate to the metal layer extending method, also includes combination of transition metal boride layer, the transition metal layer on the surface of the diamond layer and the transition metal boride layer and the diamond layer at least for the 1 alternately laminated combination, and the transition metal boride layer in the outer layer. The diamond like composite coating can fully relieve the internal stress of diamond like layer and improve the overall toughness, wear resistance and corrosion resistance of diamond like composite coating. The preparation method avoids the tedious preparation process, and not only ensures the stability of the deposited diamond-like composite coating, but also effectively reduces the preparation cost.

【技术实现步骤摘要】
含类金刚石复合涂层及其制备方法
本专利技术属于薄膜材料
，具体的是涉及一种含类金刚石复合涂层及其制备方法。
技术介绍
铝合金、钛合金等具有高比强度，耐磨性、耐腐蚀性好，抗疲劳能力强，质量轻等优异的性能，是航空航天、汽车、轨道交通等领域的理想结构材料，但是其难加工特性严重阻碍了这类材料的规模化应用。如铝合金切削加工过程中出现的粘刀和积屑瘤现象严重，不仅影响后续碎屑的剥落，严重时会直接撕裂工件。钛合金由于高温化学活性高，导热性差，弹性模量低，与其他金属摩擦系数大等特性，造成切削温度高，单位面积切削力大，刀具磨损严重，刀具寿命低以及表面加工质量差等问题，普通刀具已经难以满足切削加工需求。因此全球刀具界都在尝试各种方法如：刀片基底、几何角度、涂层技术等来满足钛合金和铝合金的加工需求。针对钛合金和铝合金的这种难加工要求，目前有些涂层如类金刚石脱颖而出。类金刚石(DLC)是一种含有sp2和sp3键合特征的非晶碳材料，具有高硬度、低摩擦、良好的导热及生物相容性能，在刀具、模具、零部件以及生物医疗器件等领域有着广泛的应用前景。适用于加工钛、铝等有色金属，但是由于高的残余应力导致涂层易剥落，膜基结合强度低，且韧性较差，极大限制了类金刚石涂层的工业应用。为了解决该技术问题，目前研究人员大多采取了掺杂和多层结构设计来优化类金刚石涂层的性能。有关类金刚石复合涂层的工作报道多是含金属掺杂的类金刚石。如报道了TiC-DLC结构，其是采用电弧离子镀技术，利用钛靶和乙炔气体，在100～400℃下制备了TiC掺杂的DLC复合涂层。具体制备方法如下：镀膜室内通入乙炔气体，利用电弧离子镀的高离化率把Ti离子从Ti靶蒸发出来。同时利用电弧放电产生的强的等离子体离化通入真空室的乙炔，把乙炔解离成C离子和H离子，C离子和Ti离子在Ti靶表面反应生成TiC，由于Ti与C之间的强亲和力，最后TiC相间会形成DLC相，从而获得碳化钛掺杂的类金刚石膜。这种利用电弧离子镀制备TiC-DLC复合涂层的方法虽然能够减小类金刚石的应力，增加涂层的韧性和膜基结合力，该方法虽然有效的利用了靶中毒过程，但是靶中毒会造成频繁的更换靶材，操作复杂，增加了生产成本；TiC和DLC的含量不易控制，对涂层的整体性能会有较大的影响。另外电弧离子镀在沉积过程中容易形成大颗粒，造成涂层表面不够光滑致密，也会影响涂层的耐磨耐腐蚀性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种含类金刚石复合涂层及其制备方法，以解决现有类金刚石复合涂层存在表面不够光滑致密，耐磨耐腐蚀性能不理想的技术问题。本专利技术的另一目的在于提供一种耐磨器件，以解决现有耐磨器件存在的硬度、抗磨损不理想的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术的一方面，提供了一种含类金刚石复合涂层。所述含类金刚石复合涂层包括结合在基底表面的过渡金属层，由所述基底向所述过渡金属层延伸方法，还包括依次结合在所述过渡金属层表面的过渡金属硼化物层、类金刚石层，且所述过渡金属硼化物层与类金刚石层至少为1次的交替层叠结合，并在最外层为所述过渡金属硼化物层。本专利技术的另一方面，提供了一种含类金刚石复合涂层的制备方法。所述制备方法包括如下步骤：将基底进行预清洗处理后对其进行离子刻蚀处理；采用电弧沉积法将过渡金属沉积在经所述离子刻蚀处理的所述基底表面上，形成过渡金属层；将过渡金属硼化物采用磁控溅射沉积在所述过渡金属层表面上，形成过渡金属硼化物层；在所述过渡金属硼化物层表面沉积类金刚石层；重复至少1次依次形成所述过渡金属硼化物层的步骤和沉积所述类金刚石层的步骤，并最后进行形成过渡金属层的步骤。本专利技术的又一方面，提供了一种耐磨器件。所述耐磨器件包括器件本体，在所述器件本体表面结合有本专利技术含类金刚石复合涂层或由本专利技术制备方法制备的含类金刚石复合涂层，且所述含类金刚石复合涂层所含的过渡金属层与所述器件本体表面结合。与现有技术相比，本专利技术含类金刚石复合涂层采用通过设置过渡金属层和结合在过渡金属层表面的交替结合的过渡金属硼化物层、类金刚石层，使得该多层结构协同作用，从而实现充分缓解类金刚石层本身的内应力，同时也有效地增加了本专利技术含类金刚石复合涂层与基材之间的结合力，提高了本专利技术含类金刚石复合涂层整体韧性以及耐磨耐腐蚀性能。另外，交替结合的过渡金属硼化物层和类金刚石层多层结构与钛合金和铝合金不发生粘结，是十分理想的钛合金、铝合金加工用复合涂层。本专利技术含类金刚石复合涂层制备方法采用电弧沉积法形成过渡金属层，并在过渡金属层表面形成交替结合的过渡金属硼化物层、类金刚石层的多层结构，从而使得各层之间发生作用，充分缓解类金刚石层本身的内应力，有效地增加了涂层与基材之间的结合力，提高了涂层的整体韧性以及耐磨耐腐蚀性能。另外，该制备方法能够有效对各靶材的量进行控制，从而能够有效对各层的质量性能进行控制，从而提高了沉积的含类金刚石复合涂层质量性能稳定性，而且该制备方法避免了繁琐的制备工艺，不仅保证了沉积的含类金刚石复合涂层性能的稳定性，而且有效降低了其制备成本。本专利技术耐磨器件由于在器件本体表面形成有本专利技术含类金刚石复合涂层，因此，本专利技术耐磨器件强度高的基础上韧性强，耐磨耐腐蚀性能优异，而且涂层与器件本体之间的结合力强。附图说明图1是本专利技术实施例含类金刚石复合涂层的一种结构示意图；图2是本专利技术实施例含类金刚石复合涂层的另一种结构示意图；图3是本专利技术实施例含类金刚石复合涂层的又一种结构示意图；图4是本专利技术实施例含类金刚石复合涂层制备方法流程图。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例与附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一方面，本专利技术实施例提供了一种含类金刚石复合涂层。所述含类金刚石复合涂层的结构如题1-3所示，其包括结合在基底10表面的过渡金属层20，由基底10向过渡金属层20延伸方法，还包括依次结合在过渡金属层20表面的过渡金属硼化物层30、类金刚石层40，且过渡金属硼化物层30与类金刚石层40至少为1次的交替层叠结合，并在最外层为所述过渡金属硼化物层30。其中，过渡金属硼化物层30与类金刚石层40至少为1次的交替层叠结合次数可以是n次，其中，n≥1，且为整数。当过渡金属硼化物层30与类金刚石层40为1次的交替层叠结合时，即是n＝1时，本专利技术实施例含类金刚石复合涂层如图1所示，具体的其结构为：在基底10上依次层叠结合的过渡金属层20、过渡金属硼化物层31、类金刚石层40和过渡金属硼化物层32。当过渡金属硼化物层30与类金刚石层40为2次的交替层叠结合时，即是n＝2时，本专利技术实施例含类金刚石复合涂层如图2所示，具体的其结构为：在基底10上依次层叠结合的过渡金属层20、过渡金属硼化物层31、类金刚石层41、过渡金属硼化物层32、类金刚石层42和过渡金属硼化物层33。当过渡金属硼化物层30与类金刚石层40为n次的交替层叠结合时，即是n≥3时，本专利技术实施例含类金刚石复合涂层如图3所示，具体的其结构为：在基底10上依次层叠结合的过渡金属层20、(过渡金属硼化物层31\类金刚石层41)*n和过渡金属硼化物层3(n+1)。这样，上述各实施例中含类金刚石复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含类金刚石复合涂层，包括结合在基底表面的过渡金属层，由所述基底向所述过渡金属层延伸方法，还包括依次结合在所述过渡金属层表面的过渡金属硼化物层、类金刚石层，且所述过渡金属硼化物层与类金刚石层至少为1次的交替层叠结合，并在最外层为所述过渡金属硼化物层。

【技术特征摘要】
1.一种含类金刚石复合涂层，包括结合在基底表面的过渡金属层，由所述基底向所述过渡金属层延伸方法，还包括依次结合在所述过渡金属层表面的过渡金属硼化物层、类金刚石层，且所述过渡金属硼化物层与类金刚石层至少为1次的交替层叠结合，并在最外层为所述过渡金属硼化物层。2.根据权利要求1所述的含类金刚石复合涂层，其特征在于：所述过渡金属层厚度为10nm-500nm；和/或所述过渡金属硼化物层厚度为10nm-2μm；和/或所述类金刚石涂层厚度为10nm-2μm。3.根据权利要求1所述的含类金刚石复合涂层，其特征在于：所述含类金刚石复合涂层总厚度为0.5～30μm。4.根据权利要求1-3任一所述的含类金刚石复合涂层，其特征在于：所述过渡金属层和/或所述过渡金属硼化物层中的过渡金属元素为Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Os、Ir等过渡金属元素中的至少一种。5.一种含类金刚石复合涂层的制备方法，包括如下步骤：将基底进行预清洗处理后对其进行离子刻蚀处理；采用电弧沉积法将过渡金属沉积在经所述离子刻蚀处理的所述基底表面上，形成过渡金属层；将过渡金属硼化物采用磁控溅射沉积在所述过渡金属层表面上，形成过渡金属硼化物层；在所述过渡金属硼化物层表面沉积类金刚石层；重复至少1次依次形成所述过渡金属硼化物层的步骤和沉积所述类金刚石层的步骤，并最后进行形成过渡金属层的步骤。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述离子刻蚀处理的方法是：开启离子源对经所述预清洗处理后的基底进行离子轰击清洗处理，离子源电压为50～90V，氩气流量70～300sccm，工作压强0.5～1.2P...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐永炳，朱海莉，蒋春磊，申京受，
申请(专利权)人：深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44