【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面工程，特别是涉及一种磁控溅射复合pecvd制备类金刚石膜的装置及方法。
技术介绍
1、类金刚石(dlc)涂层的主要成分为碳，由石墨相和金刚石相组合，因其具备优良的润滑性能(摩擦系数可低于0.2)和抗腐蚀性能而广泛应用于机械制造、汽车发动机、航空航天等领域。然而，由于dlc涂层沉积过程中离子轰击、颗粒沉积、以及生长缺陷等原因，dlc薄膜可能存在如针孔、裂纹、界面弱结合点等缺陷，在腐蚀性环境工作时，腐蚀液可能通过缺陷侵入基底或dlc薄膜与基底之间的过渡层，从而形成点蚀。因此，减少dlc膜层内部缺陷，降低内应力，提高膜基结合力，增加膜层致密性是提高dlc涂层抗腐蚀性的有效手段。
2、采用等离子辅助化学气相沉积(pecvd)方法可以获得结构细致的dlc膜层，但由于dlc沉积过程中温度不能过高，离子扩散能量有限，工件与周围等离子体的电位差较小，因此采用简单的pecvd方法无法获得质量优良的dlc膜层。
3、为改善dlc涂层的沉积质量，西南研究所魏荣华等专利技术了一种基于笼网空心阴极放电、工件浸没的大面积dlc制备技术，称为笼网等离子体浸没离子沉积meshed plasmaimmersion iondeposition,mpiid)技术，旨在以较高的沉积速率来制备dlc厚膜。mpiid技术基于空心阴极效应而非传统的辉光放电过程，在此方法中，金属网状笼子形成封闭的空间，笼网内外均产生等离子体，但由于空心阴极效应，笼网内部产生的等离子体密度远高于笼网外部，可以用来在三维工件上沉积dlc厚膜。mpiid技
4、针对以上问题，wu等通过在样品和笼网之间施加额外的偏压来控制入射离子的能量，获得了微观结构致密、h含量较低的si-dlc薄膜。cn201811391383.4公开了一种自源笼形空心阴极结构，如图1所示，采用自源笼形空心阴极放电方法制备dlc膜层，将笼网直接放在工件上，利用笼网和工件表面的一部分或全部构成空心阴极结构，工件本身也作为等离子体源(自源)，笼网和工件之间留有间隙。将工件相对于笼网施加负偏压，实现膜层的离子轰击效应。采用高脉冲放电电源作为气体放电的激励电源，正极接真空室，负极与笼网相连。偏压电源p2正极接笼网，负极接工件。
5、采用笼网法也可作为阴极直接沉积氮化物薄膜，制备装置如图2所示，太原理工大学表面工程研究所窦瑞芬等人利用网状阴极法在碳钢表面沉积获得较致密且均匀的氮化钽薄膜。其方法为在真空室内设置由金属钽制成的网状阴极,钽片之间保持一定的距离形成空心阴极效应,它既是放电气体的离解源,又是金属元素的溅射源。由它可溅射出大量活性钽离子、原子和原子团,当真空室内通入反应气n2时,钽离子与离解后的n离子反应,在基片上合成tan薄膜，然而采用笼网法直接合成氮化物薄膜的方法无法稳定可靠地得到性能优良连续的氮化物薄膜，故该方法目前没有形成工业应用。
6、笼网法可以直接在金属表面制备dlc膜层，也可以在金属表面直接沉积氮化物薄膜，但该方法无法实现金属到dlc膜层的逐层过渡。在金属上制备dlc涂层时，金属过渡层是保证dlc涂层与基体良好结合的重要手段，而直接采用笼网阴极法无法获得理想的金属过渡层。金属表面直接沉积dlc层，膜层在沉积过程中残余应力较大，膜层较脆，在腐蚀环境下很容易崩膜或脱落。目前钛、铬元素是金属基体上制备dlc涂层时理想的过渡层金属，而含有这两种元素能做为前驱气体的物质很少，且有一定的局限性，例如作为沉积ti前驱气体的ticl4在沉积过程会生成hcl对沉积设备和膜层都产生一定的腐蚀作用；而能生成金属cr的理想前驱气体目前还没有相关报道。即使通过离解获得了金属元素但是因为真空室中气氛相对复杂金属元素与基体的结合仍会受到影响，因此不利于整体涂层性能的发挥。
7、另外，以上报道对笼网的设计和使用仅考虑到了笼网作为类似空心阴极效应的一面，故采用单层笼网通过网孔上的阴极重合效应得到离子增强的效应。而实际上笼网除了对通过网孔的气体放电起到空心阴极的离子增强效应外，还有一定的过滤作用。另外笼网的网孔形状和分部的设计，可以对内部传出的等离子能量和形态产生较大的影响，提高dlc膜层的结构致密性和膜层基体的结合性能。
8、有鉴于此，针对以上现有技术的不足，本专利技术提供了一种磁控溅射复合pecvd制备类金刚石膜的装置及方法，采用磁控溅射制备金属过渡层，并通过笼网组成的栅极实现较大颗粒的过滤和粒子通过笼网后能量的增强，可获得具有致密内部结构的dlc膜层，又能实现基体到dlc涂层的良好过渡，从而实现兼具良好抗腐蚀性能和耐摩擦性能的dlc膜层的制备。
技术实现思路
1、本专利技术的目的提供了一种磁控溅射复合pecvd制备类金刚石膜的装置及方法，以解决沉积dlc涂层时膜层间应力大、抗腐蚀性能差以及耐摩擦性能差等问题。
2、为了解决上述问题，本专利技术一方面提供了一种磁控溅射复合pecvd制备类金刚石膜的装置，包括：
3、真空室、设置在真空室内的工件架转盘、双层栅网、高压脉冲电源、偏压电源、氩气输入端口、以及阴极靶；
4、所述双层栅网包括屏栅和加速栅，屏栅与高压脉冲电源正极连接，加速栅与高压脉冲电源的负极连接，双层栅网固定设置在工件架转盘上，双层栅网与真空室之间、屏栅与加速栅之间、以及加速栅与待镀工件之间保持绝缘；
5、偏压电源的正极与真空室连接，真空室接地，偏压电源的负极与待镀工件连接，待镀工件固定设置于工件架转盘上，且位于双层栅网的内侧；
6、阴极靶设置于真空室侧壁且位于双层栅网外侧。
7、优选地，还包括设置在工件架转盘上且位于双层栅网内侧的工件挂杆，待镀工件通过工件挂杆固定设置在工件架转盘上。
8、优选地，所述屏栅与加速栅同轴设置，所述加速栅位于所述屏栅的内侧，所述屏栅和加速栅之间的距离为10mm～50mm。
9、优选地，所述屏栅和加速栅的横截面均为圆形或正多边形，所述屏栅和加速栅均为多网孔结构，所述网孔的面积占栅网面积的70％以上。
10、优选地，所述屏栅的网孔尺寸大于加速栅的网孔尺寸，所述屏栅的孔直径为1.5mm～2.5mm，厚度为0.3mm～1mm，所述加速栅的厚度孔直径为1mm～1.5mm，厚度为0.3mm～0.8mm。
11、本专利技术另一方面还提供了一种磁控溅射复合pecvd制备类金刚石膜的方法，包括以下步骤：
12、s1、工件预处理：将待镀工件依次进行超声波清洗、吹干后置于真空室工件挂杆上；
13、s2、离子束清洗：先将真空室抽至真空状态，然后通入氩气，再依次开启加速栅电源、屏栅电源及工件上的偏压电源，进行氩离子轰击清洗，以去除待镀工件表面污染物及氧化层；
14、s3、结合层沉积：调节氩气流量，打开溅射靶电源，调节溅射靶电流及偏压电源的电压，在离子束清洗后的工件上沉本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.磁控溅射复合PECVD制备类金刚石膜的装置，其特征在于：包括真空室、设置在真空室内的工件架转盘、双层栅网、高压脉冲电源、偏压电源、氩气输入端口及阴极靶；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括设置在工件架转盘上且位于双层栅网内侧的工件挂杆，待镀工件通过工件挂杆固定设置在工件架转盘上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述屏栅与加速栅同轴设置，所述加速栅位于所述屏栅的内侧，所述屏栅和加速栅之间的距离为10mm～50mm。
4.根据权利要2所述的装置，其特征在于：所述屏栅和加速栅的横截面均为圆形或正多边形，所述屏栅和加速栅均为多网孔结构，所述网孔的面积占栅网面积的70％以上。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述屏栅的网孔尺寸大于加速栅的网孔尺寸，所述屏栅的孔直径为1.5mm～2.5mm，厚度为0.3mm～1mm，所述加速栅的厚度孔直径为1mm～1.5mm，厚度为0.3mm～0.8mm。
6.一种磁控溅射复合PECVD制备类金刚石膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：
7.根据权利
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤S3中，所述结合层沉积的工艺条件为：氩气流量为400sccm～500sccm，气压控制在0.1Pa～0.3Pa，溅射靶电流为10A，偏压电源的电压为-100V，沉积时间为20min，所述金属结合层为Ti金属层或Cr金属层。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤S4中，所述过渡层沉积的工艺条件为：先调节氩气流量至200sccm～300sccm，氮气流量调至40sccm，气压控制在0.08Pa～0.1Pa，偏压电源的电压保持在-100V，沉积时间为30min，以获得氮化物过渡层；再调节氩气流量为0sccm～100sccm，氮气流量为10sccm～20sccm，碳源气体流量为20sccm～40sccm，气压控制在0.1Pa～0.15Pa之间，偏压电源的电压保持在-100V，沉积时间为10min，以获得碳氮化物过渡层，沉积过程加速栅的电压为-100V～-200V，所述屏栅的电压为+100V～+300V。
10.根据权利要求6-9所述的方法，其特征在于：所述的碳源气体为乙炔或甲烷，所述的氮化物过渡层为CrN层，所述的碳氮化物过渡层为CrNC层。
...【技术特征摘要】
1.磁控溅射复合pecvd制备类金刚石膜的装置，其特征在于：包括真空室、设置在真空室内的工件架转盘、双层栅网、高压脉冲电源、偏压电源、氩气输入端口及阴极靶；
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：还包括设置在工件架转盘上且位于双层栅网内侧的工件挂杆，待镀工件通过工件挂杆固定设置在工件架转盘上。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述屏栅与加速栅同轴设置，所述加速栅位于所述屏栅的内侧，所述屏栅和加速栅之间的距离为10mm～50mm。
4.根据权利要2所述的装置，其特征在于：所述屏栅和加速栅的横截面均为圆形或正多边形，所述屏栅和加速栅均为多网孔结构，所述网孔的面积占栅网面积的70％以上。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述屏栅的网孔尺寸大于加速栅的网孔尺寸，所述屏栅的孔直径为1.5mm～2.5mm，厚度为0.3mm～1mm，所述加速栅的厚度孔直径为1mm～1.5mm，厚度为0.3mm～0.8mm。
6.一种磁控溅射复合pecvd制备类金刚石膜的方法，其特征在于：包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：步骤s2中，所述离子束清洗工艺条件为：所述真空室的真空度为0.001pa～0.004pa，所述氩气的流量为100sccm～200sccm，所述加速栅电源的...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙刚，马国佳，刘星，余庆陶，张昊泽，马贺，王达望，
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：
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