本发明专利技术公开了一种制备掺Ti的DLC涂层的方法，将预处理好的基体放入电弧与磁控溅射复合镀膜设备的转架杆上，以柱弧Ti靶作为Ti源，以平面C靶作为C的来源，平面C靶共三对，以均布的方式安置在炉体内壁上，采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与Ti、C元素结合，在基体表面沉积形成掺Ti的DLC涂层。制备的该掺Ti的DLC涂层外观呈黑色，表面光滑致密，涂层的硬度28GPa，膜基结合力达到60N，涂层厚度为2.5μm，当摩擦副为Al2O3球时，涂层的干摩擦系数为0.2。表明掺Ti的DLC涂层具有良好的耐磨和减摩性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于涂层材料制备领域，具体涉及一种掺Ti的类金刚石涂层(以下简称DLC涂层)的制备方法。采用本专利技术的方法制备的DLC涂层，具有耐磨和减摩性能，外观呈黑色，表面光滑致密，涂层的硬度28GPa，膜基结合力60N，涂层厚度2. 5 μ m，摩擦系数O. 2。有望进一步满足涂层在刀具、模具及机械耐磨零部件应用上的更高要求。
技术介绍
随着先进制造技术的高速发展，对刀具、模具及机械零部件在精度、使用寿命和功能上提出了更高的要求，特别是它们的表面质量决定了被加工产品的合格率、生产效率，以及机械设备零部件的性能等。大量实践证明，气相沉积硬质涂层是一种能有效改善和提高材料表面性能的方法。近十年来气相沉积技术，尤其是物理气相沉积PVD (PhysicalVapor Deportation)技术取得了突飞猛进的发展，各类PVD技术制备的TiN，TiCN, TiAlN, DLC等涂层极大的提高了材料表面的各类使用性能，如耐磨、减摩、抗腐蚀、抗冲击和抗氧化性能等。硬质涂层技术的运用使各类刀具、模具及机械耐磨件在性能与效益方面发挥更大的优势，具有巨大的应用潜力。特别是进入21世纪后，类金刚石涂层DLC(Diamond-likeCarbon)以其高硬度、低摩擦系数和良好的化学稳定性引起人们的广泛关注。DLC涂层是含有金刚石结构(sp3键)和石墨结构(sp2键)的亚稳非晶态物质，DLC涂层中的碳原子主要以sp3和sp2杂化键结合。然而，DLC涂层虽具有优异的性能，但涂层自身内应力大、韧性差，经常在使用过程中发生开裂和剥落，不能有效发挥它的功效。因此，目前世界范围正在研发各种掺杂金属或非金属元素的DLC涂层的制备方法，所得到掺杂的DLC涂层使用性能得到显著改善。但由于DLC涂层掺杂成份及结构不同，DLC涂层性能及适用范围有着相当大的差别。为此，本专利技术试图设计一种具有较好结合力和强韧性配合的掺Ti的DLC涂层及其制备方法。目前，制备DLC涂层主要采用物理气相沉积PVD技术，一般分为二类，一是磁控溅射沉积技术，该方法具有DLC膜层致密和表面光洁度高等优点，目前主要应用在装饰工件和部分工模具上。但磁控溅射的主要缺点是涂层结合力不高，沉积速率较慢，难以满足严酷服役条件下的工件表面强化要求。二是电弧离子镀沉积技术，电弧离子镀DLC涂层具有沉积速率快、结合力高等优点，目前主要应用在刀具和模具表面涂层制备上。但电弧离子镀涂层中的液滴由于制备原理本身的限制，始终无法彻底消除，导致涂层结构较为疏松，表面粗糙度差等。
技术实现思路
基于上述各种涂层制备方法的不足，本专利技术的目的在于，提供一种采用电弧与磁控灘射复合锻膜技术 HAMSD (Hybrid Arc-Magnetron Sputtering Deposition)制备惨 Ti的DLC涂层的新方法，有望进一步满足涂层在刀具、模具及机械耐磨零部件应用上的更高要求。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的解决方案一种掺Ti的DLC涂层制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤I)将预处理好的基体放入电弧与磁控溅射复合镀膜设备的转架杆上，该转架杆随转架台转 动，或者自转，以保证镀膜过程的均匀性。2)以柱弧Ti靶作为Ti源，以平面C靶作为C的来源，平面C靶共三对，以均布的方式安置在炉体内壁上，采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与Ti、C元素结合，在基体表面沉积形成掺Ti的DLC涂层。3)制备工艺条件A)工件等离子体清洗基体装入真空室后，抽真空并加热到真空室温度为350°C。通入10ml/min的Ar到真空室，当真空室气压达到6Pa时，开偏压至-IOOOV对真空室的基体表面进行轰击清洗，持续 30min。B) Ti底层制备调节氩气流量到30ml/min、将真空室气压调至O. 3Pa，然后开启柱弧Ti靶、柱弧电流为80A，调整偏压到-200V并保持lOmin，在基体表面制备Ti底层。Ti底层制备过程中真空室温度为350°C。C)TiC过渡层制备Ti底层制备完成后，保持柱弧Ti靶的柱弧电流80A不变，打开平面C靶的控制电源，将平面C靶的电源功率调至I. 5kff,在Ti底层上制备TiC过渡层，持续lOmin。TiC过渡层制备过程中真空室温度为350°C，镀膜偏压-200V，气压O. 3Pa。D)掺Ti的DLC涂层的制备在TiC过渡层制备完成后，将柱弧Ti靶的柱弧电流调整为50A，将平面C靶的电源功率由I. 5kW调至3kW，在TiC过渡层上再制备掺Ti的DLC涂层，持续180min，镀膜过程中真空室温度为350°C，镀膜偏压-200V，气压O. 3Pa。本专利技术充分利用了磁控溅射膜层致密的优点，以及电弧离子镀膜层结合力高的优点。同时，为改善DLC涂层结合力和膜层韧性差的缺点，采用了底层和过渡层设计方法。这一独特的复合沉积工艺既保证了涂层结合力的提高，又保证了涂层沉积速率、涂层致密性和耐磨减摩性能的提高。采用本专利技术的方法制备的掺Ti的DLC涂层外观呈黑色，表面光滑致密，涂层的硬度28GPa，膜基结合力达到60N，涂层厚度为2. 5 μ m。当摩擦副为Al2O3球时，涂层的干摩擦系数为O. 2。表明掺Ti的DLC涂层具有良好的耐磨和减摩性能。附图说明图I为本专利技术的电弧与磁控溅射复合镀膜设备结构示意图。以下结合附图和专利技术人给出的实施例对本专利技术作进一步的详细说明。具体实施例方式本实施例给出一种掺Ti的DLC涂层制备方法，需要说明的是，本专利技术的掺Ti的DLC涂层制备方法，可以在任何刀具、模具和机械耐磨零部件选用的材料上进行，不限于该实施例。本实施例的具体制备过程是(I)采用经1170°C淬火，550°C回火后的硬度为HRC=60的高速钢材料(W18Cr4V)基体作为样品，经表面除油、抛光后浸入丙酮中超声波清洗，酒精脱水。(2)将预处理好的样品放入电弧与磁控溅射复合镀膜设备中。如图I所示，电弧与磁控溅射复合镀膜设备至少包括真空室I、转台架2、偏压3、转架杆4、平面C靶5、永磁体6、柱弧Ti靶7、加热器8、泵组9，样品置于转架杆4上，转架杆4可以随转台架2转动，也可以自转，这样就避免了薄膜只能单面镀以及镀膜不均的问题，保证了镀膜过程的均匀性。(3)采用Φ60X495mm柱弧Ti靶7作为Ti源，有效提高膜基结合力，通过柱弧电 源电流控制柱弧Ti靶7的溅射率；采用尺寸为435 X 95 X IOmm的三对平面C靶5作为相应C元素的来源，如图I所示，以均布的方式将平面C靶安置在炉体内壁上，并通过调整中频脉冲电源的功率控制上述平面C靶的溅射率；采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与靶中的Ti、C元素结合，在高速钢基体表面沉积形成掺Ti的DLC涂层。(4)制备掺Ti的DLC涂层的优化工艺条件为样品装入真空室后，抽真空并加热到真空室温度为350°C。通入10ml/min的Ar到真空室，当真空室气压达到6Pa时，开偏压至-IOOOV对真空室工件表面进行轰击清洗，持续30mino调节氩气流量到30ml/min、将真空室气压调至O. 3Pa，然后开启柱弧Ti靶、柱弧电流为80A，调整偏压到-200V并保持lOmin，在样品表面制本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺Ti的DLC涂层制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：1）将预处理好的基体放入电弧与磁控溅射复合镀膜设备的转架杆上，该转架杆随转架台转动，或者自转，以保证镀膜过程的均匀性；2）以柱弧Ti靶作为Ti源，以平面C靶作为C的来源，平面C靶共三对，以均布的方式安置在炉体内壁上，采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与Ti、C元素结合，在基体表面沉积形成掺Ti的DLC涂层；3）制备工艺条件：A）工件等离子体清洗：基体装入真空室后，抽真空并加热到真空室温度为350℃。通入10ml/min的Ar到真空室，当真空室气压达到6Pa时，开偏压至？1000V对真空室的基体表面进行轰击清洗，持续30min；B）Ti底层制备：调节氩气流量到30ml/min、将真空室气压调至0.3Pa，然后开启柱弧Ti靶、柱弧电流为80A，调整偏压到？200V并保持10min，在基体表面制备Ti底层。Ti底层制备过程中真空室温度为350℃。C）TiC过渡层制备：Ti底层制备完成后，保持柱弧Ti靶的柱弧电流80A不变，打开平面C靶的控制电源，将平面C靶的电源功率调至1.5kW，在Ti底层上制备TiC过渡层，持续10min。TiC过渡层制备过程中真空室温度为350℃，镀膜偏压？200V，气压0.3Pa。D）掺Ti的DLC涂层的制备：在TiC过渡层制备完成后，将柱弧Ti靶的柱弧电流调整为50A，将平面C靶的电源功率由1.5kW调至3kW，在Ti底层和TiC过渡层上制备掺Ti？的DLC涂层，持续180min，镀膜过程中真空室温度为350℃，镀膜偏压？200V，气压0.3Pa。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：马胜利，
申请(专利权)人：西安浩元涂层技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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