[发明专利]一种类金刚石保护性涂层及其制备方法

说明书

本发明属于材料表面改性技术领域，特别涉及一种类金刚石保护性涂层及其制备方法。本发明提供的类金刚石保护性涂层的制备方法，包括以下步骤：采用空心阴极放电等离子体化学气相沉积技术在基体表面依次沉积硅掺杂类金刚石底层和类金刚石层。本发明首先采用空心阴极放电等离子体化学气相沉积技术在基体表面依次沉积硅掺杂类金刚石底层，利用空心阴极效应，硅元素嵌入到基体内，能够显著提高类金刚石层与基体的结合强度；然后采用空心阴极放电等离子体化学气相沉积技术在硅掺杂类金刚石底层表面沉积类金刚石层，得到硬度高、光滑致密、摩擦性能好的类金刚石保护性涂层。

技术领域

本发明属于材料表面改性技术领域，特别涉及一种类金刚石保护性涂层及其制备方法。

背景技术

经过几十年来的发展，材料表面的保护性涂层沉积技术取得了长足的进步，已经在生产中得到了广泛应用，取得了巨大的经济效益。但是，内孔零件的涂层沉积一直是该领域中的一个难题。在生产实践中以内表面为工作面的工件种类众多，如内孔模具、运输管道、轴套等，这些工件经常由于内壁磨损、腐蚀等形式遭到破坏。为了提高其工作效率和寿命，在其内壁上沉积耐腐蚀、耐磨、耐高温的保护性涂层仍然是非常必要的技术手段。然而，内孔零件涂层沉积的技术难点在于等离子体不能有效地输运到内孔深处，导致镀膜深度较小、质量较差。

类金刚石(DLC)是一种由金刚石结构的sp3杂化碳原子和石墨结构的sp2杂化碳原子共同组成的非晶态或非晶纳米晶复合碳。DLC涂层因具有高硬度、优良的减摩耐磨性、高热导率和良好的光透过性，在航空航天、机械、电子、光学、装饰外观保护和生物医学等领域得到了广泛的应用。DLC薄膜的硬度和弹性模量较高，但由于沉积方法不同，使得制备的DLC涂层力学性能差异很大；DLC涂层还以其优异的耐磨性和低的摩擦系数被应用于工件的表面抗磨损方面，但DLC涂层的摩擦特性因沉积技术的不同而相差较大。

目前，制备DLC涂层主要采用磁控溅射沉积技术，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，而且难以应用于深孔类零件，存在DLC镀膜深度较小、质量欠佳的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种类金刚石保护性涂层及其制备方法，采用本发明提供的制备方法能够显著提高类金刚石保护性涂层的沉积速率，得到的类金刚石保护性涂层与基体的结合强度较高，硬度高，摩擦性能好；采用本发明提供的制备方法可以有效地在深孔类零件的表层沉积高质量的DLC涂层。

为了实现上述发明的目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种类金刚石保护性涂层的制备方法，包括以下步骤：

采用空心阴极放电等离子体化学气相沉积技术在基体表面依次沉积硅掺杂类金刚石底层和类金刚石层。

优选地，所述空心阴极放电等离子体化学气相沉积硅掺杂类金刚石底层的反应原料为乙炔和硅烷，所述乙炔的流量为200mL/min，硅烷的流量为15～20mL/min。

优选地，所述空心阴极放电等离子体化学气相沉积硅掺杂类金刚石底层的条件包括：电压为800～1200V，脉冲频率为20kHz，基体偏压为-100～-300V，沉积的时间为5～15min。

优选地，所述空心阴极放电等离子体化学气相沉积所述类金刚石层的反应气体为乙炔，稀释气体为氩气，所述氩气和乙炔的流量比为1：2～4。

优选地，所述空心阴极放电等离子体化学气相沉积所述类金刚石层的条件包括：气压为1.0～2.5Pa，脉冲偏压为3000V，脉冲频率为1200Hz，脉宽为20μm，沉积的时间为0.5～4h。

优选地，沉积所述类金刚石层时，基体的温度为100～400℃。

优选地，所述基体为深孔类零件。