[发明专利]一种低应力类金刚石耐磨涂层及其制备方法

说明书

本发明属于耐磨涂层材料制备领域，具体涉及一种低应力类金刚石耐磨涂层及其制备方法。本发明提供的低应力类金刚石耐磨涂层，包括依次层叠的含金属过渡层、纳米金刚石过渡层和类金刚石涂层。本发明利用纳米金刚石过渡层与类金刚石涂层的近同质外延作用，增加类金刚石中碳元素的过饱和度，降低类金刚石涂层沉积难度，同时降低了类金刚石沉积过程中的残余应力，提高类金刚石涂层与纳米金刚石过渡层结合强度。而且，由于引入了纳米金刚石过渡层，在基体和类金刚石涂层之间形成桥梁作用，提升了类金刚石涂层的承载能力。

技术领域

本发明属于耐磨涂层材料制备领域，具体涉及一种低应力类金刚石耐磨涂层及其制备方法。

背景技术

类金刚石(DLC)薄膜的结构是一种介于金刚石和石墨之间的非晶亚稳态结构，具有高硬度和高弹性模量、优异的减摩抗磨特性、高热导率、良好的光学透过性、低的介电常数、优异的物化惰性和生物兼容性，可广泛应用于机械、电子、光学和热学等领域。

目前，DLC薄膜的制备方法主要以气相沉积技术为主，在DLC薄膜沉积过程中会累积较高的残余应力，从而导致DLC薄膜与基体的结合强度较差，严重限制了DLC薄膜性能的发挥和其在工业上的应用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种低应力类金刚石耐磨涂层及其制备方法。本发明提供的低应力类金刚石耐磨涂层具有低应力，与基体的结合强度高。

为了实现以上目的，本发明提供一种低应力类金刚石耐磨涂层。

本发明提供了一种低应力类金刚石耐磨涂层，包括依次层叠的含金属过渡层、纳米金刚石过渡层和类金刚石涂层。

优选地，所述含金属过渡层的材质包括金属、金属氮化物和金属碳化物中的一种或多种。

优选地，所述低应力类金刚石耐磨涂层负载在基体上；所述低应力类金刚石耐磨涂层的含金属过渡层与所述基体接触。

优选地，所述含金属过渡层的厚度为0.1～3μm。

优选地，所述纳米金刚石过渡涂层中纳米金刚石的晶粒度为1～100nm；所述纳米金刚石过渡层的厚度为0.1～3μm。

优选地，所述类金刚石涂层的厚度1～10μm。

本发明还提供了上述技术方案所述的低应力类金刚石耐磨涂层的制备方法，包括以下步骤：

将含金属材料作为靶材，在基体表面进行第一磁控溅射，得到含金属过渡层；

以甲烷为碳源，在所述含金属过渡层表面进行微波辅助化学气相沉积，得到纳米金刚石过渡层；

以石墨为碳源，在所述纳米金刚石过渡层表面进行第二磁控溅射，得到所述低应力类金刚石耐磨涂层。

优选地，所述第一磁控溅射的条件包括：沉积功率为60～100W，本底真空≤1×10^-4Pa，氩气流量为50～80sccm，工作腔压为0.5～1Pa，时间为5～10min。

优选地，所述微波辅助化学气相沉积的条件包括：甲烷和氢气的体积比为0.05～0.15：1，氮气流量为1～1.5sccm，腔压为8～12kPa，功率为1.5～3kW，沉积温度为500℃～700℃，时间为30～60min。

优选地，所述第二磁控溅射的条件包括：沉积功率为300～500W，本底真空≤1×10^-4Pa，氩气流量为50～80sccm，工作腔压为0.5～1Pa，时间为100～120min。