[发明专利]含类金刚石复合涂层及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含类金刚石复合涂层及其制备方法和含有含类金刚石复合涂层的耐磨器件。本发明含类金刚石复合涂层包括结合在基底表面的过渡金属层，由所述基底向所述过渡金属层延伸方法，还包括依次结合在所述过渡金属层表面的过渡金属硼化物层、类金刚石层，且所述过渡金属硼化物层与类金刚石层至少为1次的交替层叠结合，并在最外层为所述过渡金属硼化物层。含类金刚石复合涂层能够实现充分缓解类金刚石层本身的内应力，提高了含类金刚石复合涂层整体韧性以及耐磨耐腐蚀性能。该制备方法避免了繁琐的制备工艺，不仅保证了沉积的含类金刚石复合涂层性能的稳定性，而且有效降低了其制备成本。

技术领域

本发明属于薄膜材料技术领域，具体的是涉及一种含类金刚石复合涂层及其制备方法。

背景技术

铝合金、钛合金等具有高比强度，耐磨性、耐腐蚀性好，抗疲劳能力强，质量轻等优异的性能，是航空航天、汽车、轨道交通等领域的理想结构材料，但是其难加工特性严重阻碍了这类材料的规模化应用。如铝合金切削加工过程中出现的粘刀和积屑瘤现象严重，不仅影响后续碎屑的剥落，严重时会直接撕裂工件。钛合金由于高温化学活性高，导热性差，弹性模量低，与其他金属摩擦系数大等特性，造成切削温度高，单位面积切削力大，刀具磨损严重，刀具寿命低以及表面加工质量差等问题，普通刀具已经难以满足切削加工需求。因此全球刀具界都在尝试各种方法如：刀片基底、几何角度、涂层技术等来满足钛合金和铝合金的加工需求。针对钛合金和铝合金的这种难加工要求，目前有些涂层如类金刚石脱颖而出。

类金刚石(DLC)是一种含有sp²和sp³键合特征的非晶碳材料，具有高硬度、低摩擦、良好的导热及生物相容性能，在刀具、模具、零部件以及生物医疗器件等领域有着广泛的应用前景。适用于加工钛、铝等有色金属，但是由于高的残余应力导致涂层易剥落，膜基结合强度低，且韧性较差，极大限制了类金刚石涂层的工业应用。为了解决该技术问题，目前研究人员大多采取了掺杂和多层结构设计来优化类金刚石涂层的性能。有关类金刚石复合涂层的工作报道多是含金属掺杂的类金刚石。

如报道了TiC-DLC结构，其是采用电弧离子镀技术，利用钛靶和乙炔气体，在100～400℃下制备了TiC掺杂的DLC复合涂层。具体制备方法如下：镀膜室内通入乙炔气体，利用电弧离子镀的高离化率把Ti离子从Ti靶蒸发出来。同时利用电弧放电产生的强的等离子体离化通入真空室的乙炔，把乙炔解离成C离子和H离子，C离子和Ti离子在Ti靶表面反应生成TiC，由于Ti与C之间的强亲和力，最后TiC相间会形成DLC相，从而获得碳化钛掺杂的类金刚石膜。

这种利用电弧离子镀制备TiC-DLC复合涂层的方法虽然能够减小类金刚石的应力，增加涂层的韧性和膜基结合力，该方法虽然有效的利用了靶中毒过程，但是靶中毒会造成频繁的更换靶材，操作复杂，增加了生产成本；TiC和DLC的含量不易控制，对涂层的整体性能会有较大的影响。另外电弧离子镀在沉积过程中容易形成大颗粒，造成涂层表面不够光滑致密，也会影响涂层的耐磨耐腐蚀性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种含类金刚石复合涂层及其制备方法，以解决现有类金刚石复合涂层存在表面不够光滑致密，耐磨耐腐蚀性能不理想的技术问题。

本发明的另一目的在于提供一种耐磨器件，以解决现有耐磨器件存在的硬度、抗磨损不理想的技术问题。

为了实现上述发明目的，本发明的一方面，提供了一种含类金刚石复合涂层。所述含类金刚石复合涂层包括结合在基底表面的过渡金属层，由所述基底向所述过渡金属层延伸方法，还包括依次结合在所述过渡金属层表面的过渡金属硼化物层、类金刚石层，且所述过渡金属硼化物层与类金刚石层至少为1次的交替层叠结合，并在最外层为所述过渡金属硼化物层。

本发明的另一方面，提供了一种含类金刚石复合涂层的制备方法。所述制备方法包括如下步骤：

将基底进行预清洗处理后对其进行离子刻蚀处理；