一种在零件内表面沉积DLC防护薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了本发明专利技术一种在零件内表面沉积DLC防护薄膜的方法，该方法基于线形微波等离子体设备实现镀膜过程，本发明专利技术提出了引入线形微波等离子体在零件内壁镀防护薄膜的新方法，该方法可以在零件内腔制备出均匀的防护薄膜，所镀的保护膜致密、均匀，附着强度好；很好地解决了内径较细的管件内表面处理时等离子体难以进入管件内的难题。

A method for depositing DLC protective film on the inner surface of parts

The invention discloses a method for depositing DLC protective film on the inner surface of a part. The method realizes the coating process based on a linear microwave plasma device. The invention proposes a new method for introducing a linear microwave plasma to deposit protective film on the inner wall of a part. The method can prepare uniform protective film in the inner cavity of a part. The protective film is compact, uniform and has good adhesion strength, which solves the problem that plasma is difficult to enter the inner surface of thin tube.

【技术实现步骤摘要】
一种在零件内表面沉积DLC防护薄膜的方法
本专利技术涉及表面
，具体的说，是一种在零件内表面沉积DLC防护薄膜的方法。
技术介绍
发动机的缸管、以及传动部位的伞齿内部花键等工件以其内表面作为主要工作面,其内表面的失效周期决定着整个部件的使用寿命。由于腐蚀、摩擦磨损等因素管件内表面经常发生严重的破坏，造成这些零件寿命较短，更换频繁。且这些零件由于直径较小（通常小于150mm）采用常规方法很难对其进行防腐蚀及耐磨损的工艺。对于零件内工作面进行防护处理是很多公司和研究机构一直致力于解决的问题，人们为了解决零件内壁的磨损问题也提出了很多方法。目前针对管件内表面改性处理，世界上一些科研机构及大学都做了大量的研究工作，主要采用的方法有电镀、激光强化处理、等离子体表面改性等。目前，内表面的防护处理方法主要有电镀、激光强化处理和等离子处理等方法。但是电镀涂层在性能上存在着不足，且镀液对环境有严重污染，而激光强化处理需要有激光发生器，设备庞大，成本较高。同时钢材对红外能（波长为10.6μm）的吸收率非常低，仅为10%左右，造成能量的浪费，因此激光只适用一些特殊的场合，其应用受到了极大的限制。气体放电等离子在材料表面改性及处理方面有非常广泛的应用，可以在零件表面生成各种功能薄膜，可以起到耐磨防腐等方面的应用，目前内表面的等离子处理主要应用的方法是空心阴极放电方法、中心辅助电极及微波ECR等离子体源等方法，由于前两种方法存在放电不均匀的缺陷，而微波ECR等离子体源需要外加磁场处理无法处理铁磁性材料。因此内表面的等离子体处理一直是表面改性处理的难点。线形微波等离子体是利用微波与等离子体之间的相互作用、产生并维持等离子体的一种装置。在此设备中,由磁控管产生功率为800W、频率为2.45GHz的微波。经过波导管、环行器、功率匹配负载之后、微波由波导同轴模式转换器,从设备的两端被耦合进入沉积室。在沉积室的轴线上,装置有作为微波发射源的同轴线式发射天线。在发射天线的外侧装有石英管。当馈入微波能量以后,即可在沉积室内产生一围绕石英管的等离子体柱,通过改变馈入的微波功率以及气体的种类和压力，可以调节等离子体柱的半径。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种在零件内表面沉积DLC防护薄膜（类金刚石镀膜(Diamond-likecarbon)的方法，解决管件，特别是内径较细的管件内表面处理时等离子体难以进入管件内的难题。为解决上述技术问题，本专利技术一种在零件内表面沉积DLC防护薄膜的方法，基于线形微波等离子体设备实现镀膜过程，所述方法包括以下步骤：将零件的内表面进行吹砂或抛光处理，用去离子水清洗5分钟，然后放入超声波用丙酮清洗。将一个以上零件套在内置同轴微波天线的石英圆管外围，安装时保持所有零件中心与石英管同轴。所有零件接负偏压并与腔室绝缘。用电吹风吹干后，放入真空室抽真空，通入氩气，调节氩气流量在5~8sccm之间，气压控制在0.05~0.08Pa之间，开启气体离子源，其功率设定为200~300W，进行氩离子轰击清洗，清洗时间控制在30~60min之间。调节C2H2流量至100~150sccm，氩气流量调节至100~200sccm，气压控制在0.1~0.2Pa之间，打开脉冲偏压电源，调节频率值至30k~50kHz，占空比30%~50%，偏压-50V~-100V，调节微波功率至300W~500W，在零件的内壁镀类金刚石薄膜。优选地，所述丙酮清洗时间为60min。优选地，在离子轰击清洗前，抽真空至0.001~0.004Pa。采用上述技术方案后，本专利技术提出了引入线形微波等离子体在零件内壁镀防护薄膜的新方法，该方法可以在零件内腔制备出均匀的防护薄膜，所镀的保护膜致密、均匀，附着强度好。很好地解决了内径较细的管件内表面处理时等离子体难以进入管件内的难题。附图说明图1是本专利技术一个实施例中线性微波源内腔等离子处理装置结构示意图；图2是内表面DLC薄膜的截面形貌检测结果示意图；图3是内表面DLC薄膜的分峰后的XPS检测结果示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。以下描述仅用于解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术一种在零件内表面沉积DLC防护薄膜的方法，基于线形微波等离子体设备实现镀膜过程，图1为本专利技术一个实施例中线性微波源内腔等离子处理装置结构示意图。线性微波源内腔等离子处理装置包括真空室及真空泵4，还包括微波及等离子发生装置，其中包括脉冲电源、内置同轴微波天线5的石英管6等，真空室设有出气口3、进气口2，还应设有固定零件7的夹具8，开始镀膜前，需将一个以上零件7套在内置同轴微波天线5的石英圆管6外围，安装时保持所有零件中心与石英管6同轴，所有零件接负偏压并与腔室绝缘。先利用微波激励工作气体放电在内置同轴微波天线的石英圆管周围产生圆管状的等离子体，再利用等离子体化学气相沉积技术在内花键的内壁镀类金刚石薄膜。本专利技术基于线性微波源产生能够产生环形离子柱的特点，将装有发射天线的石英管穿入经过悬臂夹具固定在沉积腔中的管形零件中间，作为气体离化源，将沉积室内的反应气体电离成等离子体，围绕石英管的周围，然后通过对零件施加负偏压，可以使得离子在零件内壁上沉积并发生反应生成相应的保护薄膜，以起到耐磨或者耐腐蚀的功能。以下将结合一个实施例对本专利技术涉及的一种在零件内表面沉积DLC防护薄膜的方法作进一步地详述：实施例1：某内花键部件1）零件的抛光清洗将内花键内表面进行吹砂或抛光处理，用去离子水清洗5分钟，然后放入超声波用丙酮清洗60min后。2）零件装卡将内花键按如图1所示状态进行安装，安装时零件与石英管同轴。零件接负偏压并与腔室绝缘。3）离子清洗用电吹风吹干后，放入真空室，抽至0.001~0.004Pa，通入氩气，调节氩气流量在5~8sccm之间，气压控制在0.05~0.08Pa之间，开启气体离子源，其功率设定为200~300W，进行氩离子轰击清洗，清洗时间控制在30~60min之间。3）沉积Ti层作为过渡层调节TiCl3流量至100~150sccm，氩气流量调节至100~200sccm，气压控制在0.1~0.2Pa之间，打开脉冲偏压电源，调节频率值至30k~50kHz，占空比30%~50%，偏压-50V~-100V，调节微波功率至300W~500W，进行Ti层沉积，总沉积时间2小时。4）沉积DLC调节C2H2流量至100~150sccm，氩气流量调节至100~200sccm，气压控制在0.1~0.2Pa之间，打开脉冲偏压电源9，调节频率值至30k~50kHz，占空比30%~50%，偏压-50V~-100V，调节微波功率至300W~500W，进行DLC层沉积，总沉积时间3小时。对该实施例完成后样品的检测效果如图2-3所示，图3中SP3含量30%。由检查结果可以看出，该镀膜性能指标较为理想。以上仅为本专利技术较佳的实施例，并不构成对本专利技术的任何限制，凡在本专利技术的精神和原则内做出的任何修改、改进及等同替换等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在零件内表面沉积DLC防护薄膜的方法，其特征在于，基于线形微波等离子体设备实现镀膜过程，所述方法包括以下步骤：将零件的内表面进行吹砂或抛光处理，用去离子水清洗5分钟，然后放入超声波用丙酮清洗；将一个以上零件套在内置同轴微波天线的石英圆管外围，安装时保持所有零件中心与石英管同轴，所有零件接负偏压并与腔室绝缘；将零件放入真空室抽真空，通入氩气，调节氩气流量在5~8sccm之间，气压控制在0.05~0.08Pa之间，开启气体离子源，其功率设定为200~300W，进行氩离子轰击清洗，清洗时间控制在30~60min之间；调节C2H2流量至100~150sccm，氩气流量调节至100~200sccm，气压控制在0.1~0.2Pa之间，打开脉冲偏压电源，调节频率值至30k~50kHz，占空比30%~50%，偏压‑50V~ ‑100V，调节微波功率至300W ~500W，在零件的内壁镀类金刚石薄膜。

【技术特征摘要】
1.一种在零件内表面沉积DLC防护薄膜的方法，其特征在于，基于线形微波等离子体设备实现镀膜过程，所述方法包括以下步骤：将零件的内表面进行吹砂或抛光处理，用去离子水清洗5分钟，然后放入超声波用丙酮清洗；将一个以上零件套在内置同轴微波天线的石英圆管外围，安装时保持所有零件中心与石英管同轴，所有零件接负偏压并与腔室绝缘；将零件放入真空室抽真空，通入氩气，调节氩气流量在5~8sccm之间，气压控制在0.05~0.08Pa之间，开启气体离子源，其功率设定为200~300W，进行氩离子轰击清洗，清洗时间控制在30~60...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙刚，刘星，马国佳，
申请(专利权)人：中国航空制造技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11