一种铜表面DLC膜层制备方法技术

一种铜表面DLC膜层制备方法，本发明专利技术涉及一种铜表面DLC膜层制备方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有技术中铜基体表面沉积DLC膜层结合力差、耐腐蚀性差的问题。本发明专利技术通过在铜基体表面引入适量的氧元素，采用高压脉冲的电离氧气，获得高能氧离子，轰击铜基体表面，达到氧注入铜基体和活化铜表面形成适量的氧化铜的效果。之后，进行氧与四甲基硅烷混合气体放电，沉积打底层，目的为了形成Cu

【技术实现步骤摘要】
一种铜表面DLC膜层制备方法


[0001]本专利技术涉及一种铜表面DLC膜层制备方法。

技术介绍

[0002]随着国家对发展海洋资源的日益重视，对海上设备的耐腐蚀性要求也越来越高。由于铜镍合金具有一定的耐腐蚀性能和良好的耐海生物污损的特性，所以铜镍合金在海洋船舶、海上油井平台、海上设施设备上得到广泛的应用。但是，铜材质基体表面还是需要进行防腐处理，一般采用的做法有涂漆，镀膜等。
[0003]近年来，研究人员在铜表面沉积类金刚石涂层(DLC)，DLC涂层具有很高的硬度，低摩擦系数，稳定的化学特性造就的高耐腐蚀性能。虽然，在铜基材表面镀膜，可以有效地提高其耐腐蚀性能，但在铜基材表面沉积类金刚石膜层的膜基结合力差，容易出现膜层脱落。这主要是因为：膜与基体不能形成化学键，铜基材的Cu原子与类金刚石膜层的C原子之间无法形成化学键结合；物理性不匹配，铜基体的硬度较低，类金刚石膜层的内应力大，硬度较高，两者之间的差别较大，过渡不好导致膜基结合差。以上因素导致膜基结合力强度低。因此，对铜基体表面进行预处理提高膜基结合力是十分必要的。学者们探究了很多方法，例如提供Si、碳化硅、Ti、TiC、氮化钛及其组合进行沉积作为粘结层。这些方法需要提供额外的靶材装置，工艺操作复杂，提供的膜基结合力有限，而且膜层的耐腐蚀性能提升有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决现有技术中铜基体表面沉积DLC膜层结合力差、耐腐蚀性差的问题，提供一种铜表面DLC膜层制备方法。
[0005]本专利技术一种铜表面DLC膜层制备方法为：
[0006]一、将预处理后的铜基材试样在有机溶剂中进行超声波清洗，干燥；
[0007]二、将铜基材试样置于密闭腔室中，然后抽真空；
[0008]三、将Ar通入到密闭腔室中，调整密闭腔室气压1
‑
20Pa，密闭腔室与高压脉冲电源负极连接作为阴极，阳极安装在腔室内或在腔室一侧与高压脉冲电源正极连接，脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％，空心阴极放电，进行等离子清洗，时间10
‑
200min；
[0009]四、在脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％，密闭腔室气压1
‑
15Pa的条件下，将O2与Ar通入到密闭腔室内，进行空心阴极放电，时间1
‑
100min；
[0010]五、在脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％，密闭腔室气压3
‑
15Pa的条件下，将前驱体气体通入密闭腔室，进行空心阴极放电沉积，沉积含氧过渡层，沉积时间1
‑
100min；
[0011]六、在脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％的条件下，向密闭腔室内通入工作气体A进行空心阴极放电，沉积Si
‑
DLC层，沉积10
‑
30min，然后再通入工作气体B进行空心阴极放电，沉积DLC层，沉积10
‑
30min，采用工作气体A和B交替进行空心阴极放电沉积，总沉积时间为20
‑
500min；其中最后一次放电沉积采用工作气体B进行沉积，所述工作气体A为流量比为(1
‑
5):(1
‑
2):(1
‑
6)的Ar、气态的四甲基硅烷与乙炔；工作气体B为流量比为(1
‑
3):(1
‑
5)
的Ar与乙炔。
[0012]本专利技术一种铜表面DLC膜层制备方法为：
[0013]一、对铜制成的密闭腔室进行预处理，然后超声波清洗，干燥，抽真空；
[0014]二、将Ar通入到密闭腔室中，调整密闭腔室气压1
‑
20Pa，密闭腔室与高压脉冲电源负极连接作为阴极，阳极安装在腔室内或在腔室一侧与高压脉冲电源正极连接，脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％，空心阴极放电，对密闭腔室的内壁进行等离子清洗，时间10
‑
200min；
[0015]三、在脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％，密闭腔室气压1
‑
15Pa的条件下，将O2与Ar通入到密闭腔室内，进行空心阴极放电，时间1
‑
100min；
[0016]四、在脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％，密闭腔室气压3
‑
15Pa的条件下，将前驱体气体通入密闭腔室，进行空心阴极放电沉积，在密闭腔室内壁沉积含氧过渡层，沉积时间1
‑
100min；
[0017]五、在脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％的条件下，向密闭腔室内通入工作气体A进行空心阴极放电，沉积Si
‑
DLC层，沉积10
‑
30min，然后再通入工作气体B进行空心阴极放电，沉积DLC层，沉积10
‑
30min，采用工作气体A和B交替进行空心阴极放电沉积，总沉积时间为20
‑
500min；其中最后一次放电沉积采用工作气体B进行沉积，所述工作气体A为流量比为(1
‑
5):(1
‑
2):(1
‑
6)的Ar、气态的四甲基硅烷与乙炔；工作气体B为流量比为(1
‑
3):(1
‑
5)的Ar与乙炔。
[0018]本专利技术提出通过在铜基体表面引入适量的氧元素，采用高压脉冲的电离氧气，获得高能氧离子，轰击铜基体表面，达到氧注入铜基体和活化铜表面形成适量的氧化铜的效果。之后，进行氧与四甲基硅烷混合气体放电，沉积打底层，目的为了形成Cu
‑
O
‑
Si网链结构，使得膜层从元素，结构，应力和性能的梯度渐变，防止基体与膜层之间差异较大，产生应力过大导致脱膜。而且本专利技术还采用多层调制降低膜层应力，制备出超厚膜层，提高了膜层的耐腐蚀性能。
[0019]本专利技术具有以下优点和有益效果：
[0020]1)本专利技术采用空心阴极高压脉冲放电方法，将被处理试样放置在密闭腔室，或被处理工件自身形成为密闭腔室，通入工作气体在密闭腔室内部进行放电，获得离子注入、沉积效果，无需额外装置和靶材，操作方便快捷。
[0021]2)本专利技术提出将氧引入到铜基体表面，提高铜基体表面活性，形成Cu
‑
O
‑
Si网链结构，提高了Cu与类金刚石膜层之间的结合力。
[0022]3)本专利技术提出较低的气压、高的放电电压，产生大量的高能离子，实现对Cu本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铜表面DLC膜层制备方法，其特征在于该制备方法为：一、将预处理后的铜基材试样在有机溶剂中进行超声波清洗，干燥；二、将铜基材试样置于密闭腔室中，然后抽真空；三、将Ar通入到密闭腔室中，调整密闭腔室气压1
‑
20Pa，密闭腔室与高压脉冲电源负极连接作为阴极，阳极安装在腔室内或在腔室一侧与高压脉冲电源正极连接，脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％，空心阴极放电，进行等离子清洗，时间10
‑
200min；四、在脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％，密闭腔室气压1
‑
15Pa的条件下，将O2与Ar通入到密闭腔室内，进行空心阴极放电，时间1
‑
100min；五、在脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％，密闭腔室气压3
‑
15Pa的条件下，将前驱体气体通入密闭腔室，进行空心阴极放电沉积，沉积含氧过渡层，沉积时间1
‑
100min；六、在脉冲电压1000
‑
10000V，占空比5
‑
90％的条件下，向密闭腔室内通入工作气体A进行空心阴极放电，沉积Si
‑
DLC层，沉积10
‑
30min，然后再通入工作气体B进行空心阴极放电，沉积DLC层，沉积10
‑
30min，采用工作气体A和B交替进行空心阴极放电沉积，总沉积时间为20
‑
500min；其中最后一次放电沉积采用工作气体B进行沉积，所述工作气体A为流量比为(1
‑
5):(1
‑
2):(1
‑
6)的Ar、气态的四甲基硅烷与乙炔；工作气体B为流量比为(1
‑
3):(1
‑
5)的Ar与乙炔。2.根据权利要求1所述的一种铜表面DLC膜层制备方法，其特征在于步骤二中真空度达到1.0
×
10
‑5～1.0
×
10
‑3Pa。3.根据权利要求1所述的一种铜表面DLC膜层制备方法，其特征在于步骤四中的O2与Ar流量比(0.1
‑
5)：1的混合气体。4.根据权利要求1所述的一种铜表面DLC膜层制备方法，其特征在于步骤五中前驱体气体为Ar、O2与含硅有机前驱体，流量比为(1
‑
5):(1
‑
2):(1
‑
3)。5.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：田修波，靳朋礼，巩春志，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：