【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于基材表面改性，具体涉及一种同时提高ta-c涂层力学性能和厚度的方法。
技术介绍
1、四面体非晶碳(ta-c)膜属于无氢类金刚石(dlc)膜的一种，它拥有高硬度、良好的化学稳定性、低摩擦系数和优良的耐磨性，常被当做耐磨涂层广泛应用于工具、模具和精密工程零件等表面。
2、作为耐磨涂层，其使用寿命不仅与其力学性能密切相关，其厚度也是影响其寿命的重要因素，然而，优异的力学性能与高厚度是一对矛盾体。因为ta-c涂层的硬度等力学性能与sp3键含量相关，sp3键含量越高，其硬度等力学性能就越优异，但是，高sp3杂化键会导致薄膜中碳原子平均配位数相对较高，进而使得ta-c涂层的三维网络结构被过度约束，从而产生较大的内应力，当涂层厚度超过一定值时，ta-c涂层会产生裂纹、褶皱甚至脱落。
3、为此，如何提供一种同时提高ta-c涂层力学性能和厚度的方法对其长寿命耐磨应用是本领域技术人员亟需解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种同时提高ta-c涂层力学性能和厚度的方法，通过本专利技术结构和制备方法，可以在保证力学性能的情况下增加厚度。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种同时提高ta-c涂层力学性能和厚度的方法，所述涂层的结构为(金属层/ta-c层)n多层涂层；
4、其中，n为2-6，所述金属层和所述ta-c层的厚度比为1:2-4。
5、如果循环周期过小，则涂层
6、如果金属层过厚，则会导致涂层整体硬度降低；如果ta-c层过厚，则会因为内应力过大导致涂层脱落，因此金属层和ta-c层的厚度比应适当。
7、优选的，所述ta-c层的厚度为180-220nm。
8、优选的，所述金属层和所述ta-c层采用物理气相沉积法制备。
9、优选的，所述ta-c层采用物理气相沉积法分阶段多次沉积。
10、通过真空原位冷却获得多阶段ta-c涂层，降低ta-c涂层的沉积温度，提升sp3键含量，从而提升硬度、耐磨损等力学性能。
11、优选的，所述沉积的次数为2-4次。
12、优选的，所述沉积的过程中每次沉积后进行真空原位冷却。
13、本专利技术在采用pvd法分阶段多次沉积ta-c涂层，并在每次沉积后进行真空原位冷却，冷却工艺可使得ta-c涂层沉积温度低于80℃，防止涂层发生石墨化转变，从而提升涂层的sp3键含量，进而提升硬度以及耐磨性等力学性能；同时真空原位冷却不增加工艺过程样品的移动和暴露大气环境等，工艺成本低、易于操作、可靠性高。
14、优选的，冷却的具体步骤为：关闭气体通道，在7×10-3pa真空度以下进行真空原位冷却至涂层温度降至80℃以下。
15、优选的，所述物理气相沉积法为电弧离子镀技术。
16、本专利技术采用的电弧离子镀技术具有离子绕射性好、沉积膜层均匀性好等优点，工艺参数可控性高，能够实现高致密度、高结合力及优异的综合力学性能涂层的制备。
17、优选的，所述金属层采用ti、cr、tial和cral中的任意一种。
18、优选的，所述涂层制备方法具体包括以下具体步骤：
19、(1)在真空环境下，将清洗后的基材进行ar+轰击刻蚀以清除基体表面杂质，备用；
20、(2)沉积金属层：通入ar气，开启纯金属靶，采用电弧离子镀技术在所述基材上沉积金属层；
21、(3)沉积ta-c涂层：在步骤(2)制备的所述基材上采用电弧离子镀技术沉积ta-c涂层；
22、(4)冷却：将步骤(3)得到的所述基材在真空下原位冷却至涂层温度降至80℃以下；
23、(5)重复所述步骤(3)和(4)，获得多阶段ta-c涂层；
24、(6)在步骤(5)所述ta-c涂层制备完成后，重复所述步骤(2)-(5)，即获得(金属层/ta-c层)n多层涂层。
25、优选的，所述(金属层/ta-c层)n多层涂层沉积完毕，关闭气体通道，炉内温度冷却至100℃以下可取样。
26、优选的，所述基材为wc-co硬质合金。
27、优选的，步骤(1)中所述清洗的步骤为：使用超纯水、丙酮、酒精对所述基材进行超声清洗15-20min，并用氮气吹干；
28、所述刻蚀的工艺参数为：ar气气流量为20-40sccm，负偏压为100-110v，刻蚀时间为2100s；
29、步骤(2)中所述沉积金属层的工艺参数为：ar气气流量为10-40sccm，负偏压为40-60v，弧电流为60-80a，使用靶材为纯金属靶，沉积时间为600s；
30、步骤(3)中所述沉积ta-c涂层的工艺参数为：ar气气流量为10-20sccm，负偏压为100-110v，靶材电流为40-50a，沉积时间为600s。
31、优选的，步骤(1)中所述清洗的步骤为：使用超纯水、丙酮、酒精对所述基材进行超声清洗15min，并用氮气吹干；
32、所述刻蚀的工艺参数为：ar气气流量为40sccm，负偏压为100v，刻蚀时间为2100s；
33、基材表面进行ar+刻蚀能去除表面污染物与大颗粒，从而提高膜基结合力。
34、步骤(2)中所述沉积金属层的工艺参数为：ar气气流量为40sccm，负偏压为60v，弧电流为80a，使用靶材为纯金属靶，沉积时间为600s；
35、步骤(3)中所述沉积ta-c涂层的工艺参数为：ar气气流量为20sccm，负偏压为110v，靶材电流为40a，沉积时间为600s。
36、与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
37、本专利技术通过沉积多层涂层，利用中间金属层释放应力，从而提升涂层的整体厚度，同时通过选用合适的金属层，即ti、cr、tial、cral合金(其热膨胀系数与硬质合金基底相近)，和合适的循环周期，以及金属层与多阶段ta-c层的厚度比，可通过金属层释放ta-c内应力，从而提升涂层的整体厚度，延长工件使用寿命，进而适用于不同的应用环境。
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1.一种同时提高ta-C涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述涂层的结构为(金属层/ta-C层)n多层涂层；
2.根据权利要求1所述的一种同时提高ta-C涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述ta-C层的厚度为180-220nm。
3.根据权利要求1所述的一种同时提高ta-C涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述金属层和所述ta-C层采用物理气相沉积法制备。
4.根据权利要求1所述的一种同时提高ta-C涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述ta-C层采用物理气相沉积法分阶段多次沉积。
5.根据权利要求4所述的一种同时提高ta-C涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述沉积的次数为2-4次。
6.根据权利要求4所述的一种同时提高ta-C涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述沉积的过程中每次沉积后进行真空原位冷却。
7.根据权利要求3所述的一种同时提高ta-C涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述物理气相沉积法为电弧离子镀技术。
8.根据权利要求1所述的一种同时提高ta-C涂
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种同时提高ta-C涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述涂层制备方法具体包括以下具体步骤：
10.根据权利要求9所述的一种同时提高ta-C涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，步骤(1)中所述清洗的步骤为：使用超纯水、丙酮、酒精对所述基材进行超声清洗15-20min，并用氮气吹干；
...【技术特征摘要】
1.一种同时提高ta-c涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述涂层的结构为(金属层/ta-c层)n多层涂层；
2.根据权利要求1所述的一种同时提高ta-c涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述ta-c层的厚度为180-220nm。
3.根据权利要求1所述的一种同时提高ta-c涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述金属层和所述ta-c层采用物理气相沉积法制备。
4.根据权利要求1所述的一种同时提高ta-c涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述ta-c层采用物理气相沉积法分阶段多次沉积。
5.根据权利要求4所述的一种同时提高ta-c涂层力学性能和厚度的方法，其特征在于，所述沉积的次数为2-4次。
6.根据权利要求4所述的一种同时提高ta-...
【专利技术属性】
技术研发人员：王金斌，谢治军，宋宏甲，钟向丽，李加林，龚玲，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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