一种在不锈钢上制备表面微织构金刚石薄膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种在不锈钢上制备表面微织构金刚石薄膜的方法。利用W/WN过渡层与不锈钢基底之间的热膨胀系数差在不锈钢表面制备出了具有微织构的金刚石薄膜，对于提高不锈钢的摩擦学性能，制备更高质量的医疗或食品器械有重要意义。有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种在不锈钢上制备表面微织构金刚石薄膜的方法
(一)

[0001]本专利技术涉及一种在不锈钢上制备表面微织构金刚石薄膜的方法。
(二)
技术介绍

[0002]不锈钢具有较好的耐腐蚀性能和力学性能，在精密医疗器械和食品器械方面应用广泛。但它还存在硬度低和耐摩损性能差等问题。金刚石硬度高、摩擦系数低和化学稳定性高，是一种优异的耐磨材料。如果将它以薄膜形式沉积在不锈钢表面，则可以提高不锈钢的力学性能，在有耐磨损性能要求的医疗或食品器械用不锈钢中获得应用。
[0003]然而，直接在不锈钢表面沉积金刚石薄膜存在三大难点:(1)不锈钢与金刚石的热膨胀系数相差巨大，在CVD腔体中降温时会产生极大的热应力；(2)Fe、Co元素的催石墨化作用，导致金刚石薄膜难以形成；(3)C原子在不锈钢中的溶解度大，金刚石难以在不锈钢表面形核。目前，人们利用Cr、W、CrN、Si、Al和Cr/CrSiN等过渡层虽然可以在不锈钢表面制备出金刚石薄膜，提高了不锈钢的表面力学性能，但是金刚石的高硬度导致摩擦副的磨损较大，而摩擦导致的磨损是机械设备失效的主要原因。因此，减少磨损是目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在不锈钢表面制备具有表面微织构的金刚石薄膜的方法，其特征在于所述方法为：(1)用磁控溅射在预处理过的不锈钢表面上进行第一次磁控溅射制备钨层，然后进行第二次磁控溅射制备氮化钨层，得到表面为钨/氮化钨过渡层的样品；(2)对所述表面为钨/氮化钨过渡层的样品进行超声种晶，得到超声种晶过的样品，然后利用热丝化学气相沉积在所述超声种晶过的样品的钨/氮化钨过渡层表面沉积金刚石薄膜，即得所述具有表面微织构的金刚石薄膜。2.如权利要求1所述的在不锈钢表面制备具有表面微织构的金刚石薄膜的方法，其特征在于所述预处理过的不锈钢按如下方法制备：依次用800#、1000#、1500#、2000#碳化硅砂纸打磨不锈钢，将打磨过的不锈钢依次用无水乙醇和丙酮超声清洗并干燥，即得所述预处理过的不锈钢。3.如权利要求1所述的在不锈钢表面制备具有表面微织构的金刚石薄膜的方法，其特征在于步骤(1)中第一次磁控溅射的条件为：通入流量为15
‑
25sccm的惰性气体A，沉积气压为0.8
‑
1.2Pa，基底温度为200
‑
500℃，W靶溅射功率100
‑
200W，沉积时间40
‑
80min。4.如权利要求1所述的在不锈钢表面制备具有表面微织构的金刚石薄膜的方法，其特征在于步骤(1)中第二次磁控溅射的条件为：通入流量为15
‑
25sccm的惰性气体B和流量为5
‑
25sccm的氮气,沉积气压为0.8
‑
1.2Pa，基底温度为200
‑
500℃，W靶溅射功率100
‑
200W，沉积时间60
‑
180min。5.如权利要求1所述的在不锈钢表面制备具有表面微织构的金刚石薄膜的方法，其特征在于步骤(2)中所述超声种晶的过程为：将所述表面为钨/氮化钨过渡层的样品放入金刚石粉的丙酮悬浊液中超声种晶10
‑
30min，得到所述超声种晶过的样品；所述金刚石粉的丙酮悬浊液中，丙酮的体积以金刚石粉的质量计为50
‑
100mL/g。6.如权利要求5所述的在不锈钢表面制备具有表面微织构的金刚石薄膜的方法，其特征在于：所述超声种晶的功率为120
‑
200W。7.如权利要求5所述的在不锈钢表面制备具有表面微织构的金刚石薄膜的方法，其特征在于：所述金刚石粉的丙酮悬浊液中，丙酮的体积以金刚石粉的质量计为100mL/g。8.如权利要求1所述的在不锈钢表面制备具有表面微织构的金刚石薄膜的方法，其特征在于：步骤(2)中所述热丝化学气相沉积包括两段沉积，第一段沉积的条件为：以丙酮为碳源，所述丙酮由流量为60
‑
100sccm的氢气鼓泡带入到热丝化学气相沉积设备的反应室中，另外还通入流量为100
‑
300sccm的纯氢气，热丝功率1800
‑
2000W，以100
‑
200℃/min的速率升温至基底温度为700
‑
800℃，工作气压1.5
‑
3.0kPa，偏流1
‑
5A，沉积时间为10
‑
30min；第二段沉积的条件为：将热丝功率降至1600
‑
1800W，以200
‑
400℃/h的速率降温至基底温度为600
‑
70...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓，夏凡，胡晓君，陈豪，陈成克，蒋梅燕，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：