[发明专利]一种高致密度的Ta-C涂层的制备方法

说明书

本发明涉及基材表面改性领域，特别是一种高致密度的Ta‑C涂层的制备方法，包括以下步骤：S10,清理基体：通过弧光电子流激发工作气体形成等离子体，所述等离子体对所述基体表面进行刻蚀清洗；S20,沉积金属氮化物过渡层：通过磁控溅射在所述基体的表面镀制金属氮化物过渡层；S30,沉积类金刚石涂层：对工作腔室抽至真空，控制所述工作腔室温度在100℃～300℃，通入碳源气体及惰性气体，所述碳源气体与所述惰性气体的流量比例为(4～6)：(10～15)，对所述基体施加100V～300V偏压，开启超声振子施加超声波，所述超声振子的超声功率为10W～50W，沉积时间为10min～100min。通过上述方案本发明有效提高了Ta‑C涂层的致密度，改善涂层与基体之间结合力的问题。

技术领域

本发明涉及基材表面改性领域，特别是一种高致密度的Ta-C涂层的制备方法。

背景技术

类金刚石(DLC)涂层是一种亚稳态的非晶碳膜，其主要是由不同含量的sp3、sp2键组成。因为其具有硬度高、耐磨性好、弹性模量高以及摩擦系数低等与金刚石类似的性能，从而很多场合代替金刚石使用，降低了使用成本。DLC涂层广泛用于航空航天，机械制造，电子医疗等行业，特别是精密润滑组件，铣刀钻头刀具等，明显延长产品的使用寿命，提高生产效率，提高经济效益。类金刚石涂层根据sp2和sp3含量不同，可分为Ta-C涂层(无氢类金刚石涂层)和含氢类金刚石涂层。Ta-C涂层的sp3键含量为80％～90％，高于氢化类金刚石涂层，与无氢类金刚石涂层相比，具更高的硬度、弹性模量、润滑性、电阻率以及化学惰性等特点，可以有效降低摩擦系数。

类金刚石涂层的制备主要有：物理气相沉积(PVD)及化学气相沉积(CVD)，PVD主要包括磁控溅射、电弧离子镀、脉冲激光沉积等，CVD包括热丝化学气相沉积、等离子化学增强气相沉积(PECVD)。这几种技术都有一定的缺陷:磁控溅射沉积溅射速率低，原子能量低导致涂层结构疏松；电弧离子镀沉积过程中会产生大量碳颗粒；脉冲激光沉积能耗高，涂层均匀性差，沉积区域小；热丝气相沉积技术沉积温度高，影响基材内部本身的组织和性能；等离子化学增强气相沉积效率较低，原子离化率低，涂层结构疏松。

而对于Ta-C涂层，目前通常会采用电弧离子镀阴极弧源进行制备，其基本过程是采用石墨靶直接进行弧光放电，放电过程中的碳离子与大颗粒同时沉积在待镀基材上，其生成的为具有一定SP3含量的Ta-C层。但是石墨靶放电过程中存在放电弧斑汇聚，移动速度慢，刻蚀坑较深，因而其沉积过程中会产生大颗粒，涂层质量较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高涂层致密度的Ta-C涂层的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种高致密度的Ta-C涂层的制备方法，包括以下步骤：

S10,清理基体：通过弧光电子流激发工作气体形成等离子体，所述等离子体对所述基体表面进行刻蚀清洗；

S20,沉积金属氮化物过渡层：通过磁控溅射在所述基体的表面镀制金属氮化物过渡层；

S30,沉积类金刚石涂层：对工作腔室抽至真空，控制所述工作腔室温度在100℃～300℃，通入碳源气体及惰性气体，所述碳源气体与所述惰性气体的流量比例为(4～6)：(10～15)，对所述基体施加100V～300V偏压，开启超声振子施加超声波，沉积时间为10mi n～100mi n。

进一步的，所述清理基体包括，将所述基体放入工作腔室内，抽真空，开启弧光放电激发等离子体，弧电流设置为60A～200A，在所述基体的表面施加200V～800V的负偏压，当所述工作腔室内的气体压力降低至小于0.2Pa～0.5Pa时，通入惰性气体和还原性气体的混合气体，所述惰性气体和所述还原性气体的比例为(1～3)：(10～15)，工作温度为200℃～500℃，工作时间为5mi n～20mi n。

进一步的，所述惰性气体为氩气，所述还原性气体为氢气或者一氧化碳气体。