一种高硬度耐磨制造技术

本发明专利技术提出一种高硬度耐磨

【技术实现步骤摘要】
一种高硬度耐磨DLC涂层及制备方法


[0001]本专利技术属于表面工艺
，尤其涉及一种高硬度耐磨
DLC
涂层及制备方法
。

技术介绍

[0002]目前，表面处理技术在迅速发展
。
其中类金刚石涂层因具有高硬度
、
高耐磨性和低摩擦系数等优点受到了广泛关注
。
然而，类金刚石涂层的内应力较大，不仅削弱了与钢质基体的结合力，也限制了涂层的厚度，而且类金刚石涂层与钢材基体之间的硬度差距较大，极易造成脆性剥落
。
[0003]因此，亟需一种类金刚石涂层的制备方法，既能使涂层拥有高硬度与优异的耐磨性能，又能释放类金刚石涂层的内部应力，缓解涂层与钢质基体之间的硬度差距，降低涂层脱落的概率，使其更好地应用于冲击磨损零件表面
。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种高硬度耐磨
DLC
涂层及制备方法
。
与现有技术相比，本专利技术通过在沉积含氢
DLC
层时引入
H2来获得高硬度耐磨
DLC
涂层
。
不仅可以实现
DLC
涂层硬度的梯度增长，缓冲涂层的内部应力，提高涂层和基体的结合力，而且获得的涂层具有很高的硬度与良好的耐磨性能
。
[0005]本专利技术第一方面公开了一种高硬度耐磨
DLC
涂层的制备方法
。
本专利技术首先在钢质基体表面沉积一层
Cr
过渡层，在界面处，
Cr
与钢质基体之间元素相互扩散，形成一层合金层，从而提高钢质基体与涂层之间的结合力
。
接着沉积一层
Cr/WC
过渡层，其中
Cr
与
WC
含量呈现梯度变化，
Cr
含量逐渐降至零，
WC
含量逐渐升至
100
％，该梯度过渡层可以实现硬度梯度增长，缓冲膜层应力
。
随后沉积一层掺
W
‑
DLC
膜，掺入的钨元素易与碳键形成扩散率较低并且热稳定性较高的
WC
或
W2C
微晶相，该微晶相均匀分布在非晶碳基中，从而在涂层中形成微晶
/
非晶的复合结构，可以有效释放涂层的内部应力
。
同时，
WC
或
W2C
微晶相的形成会减少非晶碳基网络中碳原子的配位数
。
碳原子配位数量的减少以及碳原子密度的降低使得非晶碳基网络中
sp2
杂化键含量增加，从而有利于涂层应力的释放，提高涂层结合力
。
最后沉积含氢
DLC
层时，在工作气体中引入了一定比例的
H2，
H2的引入提高了碳
‑
碳
sp3
杂化键比例，从而提高了涂层的硬度，由于过多的氢离子轰击，导致
C
‑
H
键断裂，
H
离子与分解出的
H
形成
H2，或形成更多的自由态
H
，导致膜内悬挂键增多，应力得到了降低，最终涂层结合力因此提高
。
[0006]所述
DLC
涂层包括含氢
DLC
层；所述制备方法包括：
[0007]步骤
S1
，在钢质基体表面沉积
Cr
过渡层；
[0008]步骤
S2
，在所述
Cr
过渡层上继续沉积金属
Cr
含量逐渐降低而
WC
含量逐渐升高，呈梯度变化的
Cr/WC
过渡层；
[0009]步骤
S3
，在所述
Cr/WC
过渡层上继续沉积掺
W
‑
DLC
过渡层；
[0010]步骤
S4
，在所述掺
W
‑
DLC
过渡层上继续沉积含氢
DLC
层
。
[0011]根据本专利技术第一方面的制备方法，在所述步骤
S1
中，在钢质基体表面沉积
Cr
过渡
层的具体过程如下：
[0012]步骤
S11
，将所述钢质基体放入高能离子源辅助
PECVD
设备中，抽真空至5×
10
‑5mBar
以下，并将炉温升至
100
‑
200℃
；
[0013]步骤
S12
，采用
Ar
离子蚀刻所述钢质基体表面
20
‑
60min
；
[0014]步骤
S13
，通入氩气至气压为
0.2
‑
0.7Pa
，设定
Cr
靶和
WC
靶功率为
10kW
，清洗靶材表面
10min
后关闭
Cr
靶和
WC
靶；
[0015]步骤
S14
，持续通入氩气并保持气压为
0.2
‑
0.7Pa
，开启
Cr
靶，设定
Cr
靶功率为8‑
12kW
，偏压设置为
0V
，
Cr
靶背面闭合场电磁线圈电流设置为3‑
7A
，沉积时间为
20
‑
40min
，得到
Cr
过渡层
。
[0016]根据本专利技术第一方面的制备方法，所述
Cr
过渡层的厚度为
0.1
‑
0.5
μ
m。
[0017]根据本专利技术第一方面的制备方法，在所述步骤
S2
中，在所述
Cr
过渡层上继续沉积
Cr/WC
过渡层的具体过程如下：
[0018]将
Cr
靶功率逐步从8‑
12kW
降至
1kW
，同时开启
WC
靶由
1kW
逐步升至8‑
12kW
，偏压设置为
0V
，
Cr
靶和
WC
靶靶材背面闭合场电磁线圈电流设置为3‑
7A
，爬坡时间为
60min
，得到梯度变化的
Cr/WC
过渡层
。
[0019]根据本专利技术第一方面的制备方法，所述梯度变化的
Cr/WC
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高硬度耐磨
DLC
涂层的制备方法，其特征在于，所述
DLC
涂层包括含氢
DLC
层；所述制备方法包括：步骤
S1
，在钢质基体表面沉积
Cr
过渡层；步骤
S2
，在所述
Cr
过渡层上继续沉积金属
Cr
含量逐渐降低而
WC
含量逐渐升高，呈梯度变化的
Cr/WC
过渡层；步骤
S3
，在所述
Cr/WC
过渡层上继续沉积掺
W
‑
DLC
过渡层；步骤
S4
，在所述掺
W
‑
DLC
过渡层上继续沉积含氢
DLC
层
。2.
根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨
DLC
涂层的制备方法，其特征在于，在所述步骤
S1
中，在钢质基体表面沉积
Cr
过渡层的具体过程如下：步骤
S11
，将所述钢质基体放入高能离子源辅助
PECVD
设备中，抽真空至5×
10
‑5mBar
以下，并将炉温升至
100
‑
200℃
；步骤
S12
，采用
Ar
离子蚀刻所述钢质基体表面
20
‑
60min
；步骤
S13
，通入氩气至气压为
0.2
‑
0.7Pa
，设定
Cr
靶和
WC
靶功率为
10kW
，清洗靶材表面
10min
后关闭
Cr
靶和
WC
靶；步骤
S14
，持续通入氩气并保持气压为
0.2
‑
0.7Pa
，开启
Cr
靶，设定
Cr
靶功率为8‑
12kW
，偏压设置为
0V
，
Cr
靶背面闭合场电磁线圈电流设置为3‑
7A
，沉积时间为
20
‑
40min
，得到
Cr
过渡层
。3.
根据权利要求2所述的一种高硬度耐磨
DLC
涂层的制备方法，其特征在于，所述
Cr
过渡层的厚度为
0.1
‑
0.5
μ
m。4.
根据权利要求1所述的一种高硬度耐磨
DLC
涂层的制备方法，其特征在于，在所述步骤
S2
中，在所述
Cr
过渡层上继续沉积
Cr/WC
过渡层的具体过程如下：将
Cr
靶功率逐步从8‑
12kW
降至
1kW
，同时开启
WC
靶由
1kW
逐步升至8‑
12kW
，偏压设置为
0V
，
Cr
靶和
WC
靶靶材背面闭合场电磁线圈电流设置为3‑
7A
，爬坡时间为
...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔自平，魏俊俊，曲永杰，黄珂，李君安，顾德华，贺亮，薛钧，秦鹏，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团兵器装备研究所，
类型：发明
国别省市：