[发明专利]一种完全褪除工件表面类金刚石碳膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种完全褪除工件表面镀膜的方法，尤其涉及一种完全褪除钢铁表面类金刚石碳膜的方法。

背景技术

类金刚石碳膜（DLC）是一类非晶碳膜材料的统称，其碳原子的四个电子有sp²和sp³两种键合方式，结构介于晶体的金刚石和石墨之间，按照含氢的有无可细分为氢化类金刚石碳膜（a-C:H）和不含氢的四面体非晶碳膜(ta-C)。DLC碳膜具有与金刚石相类似的诸多优异性能，包括极高的硬度、电阻率、电绝缘强度，优良的耐磨性，极低的摩擦系数，在可见及近红外区具有很高的透过率，同时其在腐蚀介质中表面出极高的化学惰性等。因此，DLC膜作为一种新型功能薄膜材料，在数据存储、工模具、汽车、MEMS微机电、航空航天等领域显示出了广阔的应用前景。

目前，制备DLC碳膜的方法主要有物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）和液相电化学三大类，其中，PVD和CVD是获取高硬度DLC碳功能膜的主要技术。然而，因主导DLC碳膜力学、摩擦学特性的亚稳态sp³碳键的形成源于高能离子对生长表面的持续轰击，而这种能量粒子的轰击直接导致了薄膜内部的原子重组和局域致密化，使DLC碳膜中产生高残余压应力（～12GPa）。高应力的存在不仅对DLC碳膜的结构和性能产生影响，而且大幅降低了薄膜与基体间的结合力，易使薄膜开裂、脱落，并最终失效。

通过前期预处理、过渡层、金属掺杂等方法可在一定程度上提高DLC碳膜的膜基结合力，延长镀膜工件的使用寿命。然而，镀膜后不可避免会出现部分工件膜层不合格，另外在后续使用过程中部分工件的镀膜会出现开裂、脱落的现象。因此，如何采用合理优化的褪镀方法，将这些工件表面残留的DLC碳膜完全退除，并通过重新镀膜使工件再次被利用，已成为DLC碳膜工程化应用领域中亟需解决的关键技术难题之一。

退除镀层常用的方法有机械研磨法，等离子体轰击退法等。但是，机械研磨法精确度低，易损坏工件基体，且不适用于形状复杂的工件；等离子体轰击法的精确度高，但是退镀时间长、成本高，并且难以完全褪尽工件表面的镀膜。

公开号为CN101058894A的中国专利公开了一种去除类金刚石碳膜的方法，该方法将工件置于真空反应器中，以氧等离子体轰击工件表面的含氢类金刚石碳膜使其局部脱落，然后以工件为阳极在酸性溶液中进行电解直至类金刚石碳膜脱落。但是，在实际应用中，利用该方法去除工件表面的类金刚石碳膜时却往往出现类金刚石碳膜退镀不完全，或者工件基体被破坏性烧蚀的现象，因此很难得到金刚石碳膜被完全退除，同时工件基体保持未损伤的退镀结果。

发明内容

针对上述利用公开号为CN101058894A的中国专利公开的去除类金刚石碳膜的方法难以将金刚石碳膜完全退除，同时工件基体难以保持未损伤的问题，本发明人经过大量实验研究后发现，在电解退除类金刚石碳膜的过程中，电压值的大小直接影响退镀效果，当电压值较小时退镀效果不明显，不能完全退除金刚石碳膜，当电压值较大时易烧蚀工件基体，严重影响工件基体的形状尺寸及表面状态。

为此，本发明人对该退镀方法进行如下改进一。

改进一：在电解退镀过程中，将电压值逐次缓慢上升，上升速率控制在0.5V/次～2V/次，并且每次电压值上升后，观察工件表面类金刚石碳膜是否褪尽，如果未褪尽，则继续增加电压，如果褪尽，则关闭电压后将工件基体取出。该方法便于采用尽量小的电压将薄膜完全褪除。

但是，经过上述改进一后进一步发现如下两个问题：

（1）当电压值上升至10V～20V时，工件基体直接被破坏性烧蚀；

（2）当电压值上升至一定值，观察工件表面类金刚石碳膜后发现该碳膜已经褪尽，或者当电压值上升至10V～20V时，关闭电压后将工件基体取出，但是工件基体已经被烧蚀；

针对上述问题（1），本发明人经过大量实验探索后发现，当电压值上升至10V～20V时已经达到工件基体表面的耐受临界电压，继续增加电压将对工件基体产生破坏性烧蚀，因此当电压升至公开号为CN101058894A的中国专利公开的电压值2V～100V中的20V以上值时基本无法实现退镀。为此，本发明人在改进一的基础上再进行如下改进二。

改进二：电压值上升的最高值控制为10V～20V。