[发明专利]一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法

说明书

技术领域：

本发明涉及一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，属于涂层技术领域，适用于在硅、锗半导体材料以及钢、铝及合金金属材料制成的物件基底表面上以化学气相法镀制类金刚石薄膜，所得到的具有抗腐蚀类金刚石薄膜的物件特别适合在盐雾、海水、酸、碱、盐等腐蚀环境下使用。

背景技术：

类金刚石薄膜是一种亚稳态材料，在薄膜中存在SP³和SP²两种价键形式，介于金刚石相和石墨相之间，类金刚石在很多方面具备与金刚石类似的性能，因而，类金刚石薄膜从1978年被发现以来，在光学、机械、医学、电子、电力等领域得到了广泛的应用。化学气相法以其设备成本低、工艺易控制而成为镀制类金刚石薄膜的主要方法之一。

在红外光学方面，类金刚石膜被用作硅、锗等光学窗口的保护膜，以抵御恶劣环境如风砂、盐雾、海水等的侵蚀，然而，现有技术提供的类金刚石薄膜在盐雾、海水、酸、碱、盐腐蚀介质环境下使用时的保护效果欠佳。实际使用发现，镀类金刚石膜的锗窗口在海洋环境下使用一段时间后，膜层表面出现很多“针孔”状腐蚀点，这种“针孔”状腐蚀点的面积及数量随着使用时间的增加而不断增多，从而大大影响窗口的使用寿命。在金属件保护方面，Stiff A.等人研究也表明，在钢表面镀制类金刚薄膜后，在盐水中浸泡后，样品表面出现 “针孔”状腐蚀点的深度达到了数微米（R.P.O.S Nery, R.S.Bonelli & S.S.Camargo Tr. Evaluation of Corrosion Resistance of Diamond-like Carbon Films Depostited on AISI4340 Steel. 11^th International Conference on Advanced Materials. 2009.）。

“针孔”状腐蚀点的存在，是导致在盐雾、海水、酸、碱、盐腐蚀介质环境下使用的表面镀制类金刚石薄膜制品失效最主要原因。如何减少“针孔”状腐蚀点数量和面积是提升类金刚石薄膜保护效果的一个重要研究课题。David Haddow等人采用在类金刚石膜与基底之间增加磷化硼薄膜的方式来增强保护效果，但实际使用效果证明这种增加了磷化硼的保护膜在海洋环境下使用4个月后，“针孔”状腐蚀点依然存在（David Haddow， A.A.Ogwu， F.Placido. Corrosion resistance potential of boron phosphide films in a naval environment. SPIE Vol. 5078 (2003)）。而且磷化硼这种薄膜在工艺制备上需要使用剧毒的磷烷和硼烷两种气体，设备昂贵，不利于推广应用。

发明内容：

本发明的目的在于，克服现有技术的缺点，提供一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，所述的方法镀制的类金刚石薄膜在盐雾、海水、酸、碱、盐腐蚀介质下的使用寿命较现有技术镀制的类金刚石薄膜提高3倍以上。所述的制造方法其工艺方法简单，易于操作和实现，类金刚石薄膜具备优异的抗盐雾、海水、酸、碱、盐等介质腐蚀能力，且无需使用剧毒气体或原料，因此，安全环保。

本发明的技术方案是：

一种在物件基底上沉积抗腐蚀类金刚石薄膜的方法，其特征在于，薄膜由A型和B型至少两层类金刚石薄膜交替沉积组成；所述交替沉积是第一层在基底上沉积A型薄膜，第二层为在A型薄膜上沉积的B型薄膜，此后依次按A型薄膜沉积在B型薄膜上，B型薄膜沉积在A型薄膜上；所述 A型薄膜，在沉积时气源为碳氢气体；所述B型薄膜，在沉积时气源为碳氢气体和氧气；方法步骤如下：

（1）基底清洗：去除基底表面残留污染物；

（2）惰性气体离子轰击：将清洗后的物件置于抽真空的设备中，然后通入惰性气体，加激励电源使惰性气体形成等离子体，等离子体对基底进行离子轰击；

（3）沉积第一层A型类金刚石薄膜: 在惰性气体离子轰击后，再抽真空，然后通入碳氢气体，加激励电源使碳氢气体形成碳氢等离子体，碳氢等离子体在基底上沉积生长成A型类金刚石薄膜；

（4）沉积B型类金刚石薄膜：在上述第一层A型类金刚石薄膜沉积完成后，然后在第（3）步骤碳氢气体气源中直接增加一定量的氧气，加激励电源使碳氢气体和氧气混合气体形成碳氢氧等离子体，碳氢氧等离子体在基底上沉积生长成B型类金刚石薄膜；