一種新型類金剛石薄膜塗層的製作方法

2023-07-12 09:49:46

本發明涉及鍍膜領域的一種新型類金剛石薄膜塗層。

背景技術：

在紡織、汽車、手錶機芯等行業的零部件要求具有較高的硬度和耐磨性，為了達到生產商的硬度和耐磨性要求，必須對零件表面進行塗層處理，以使零部件表面達到所需要的耐摩擦和耐腐蝕性能。根據一些相關標準，零部件表面的薄膜塗層必須通過300℃的淬火實驗和24種化學品藥劑腐蝕測試等嚴酷要求，還必須經過1000次橡皮摩擦測試不能有劃痕，薄膜塗層的硬度也要求達到2000-3000HV。目前常用的薄膜塗層為在不鏽鋼金屬表面直接塗覆鈦底層，再鍍類金剛石層，即Ti+C層，採用的工藝為物理氣相沉積工藝，這樣的工藝，因為鈦底層與類金剛石層的性能差異，致使薄膜塗層臨界載荷偏低，應用上有限制。而且要求的薄膜塗層的厚度大。

技術實現要素：

本發明的目的是為了克服現有工藝的不足，提供一種新型類金剛石薄膜塗層，其在保證硬度的前提下，耐磨性能有了顯著提高，而且沉積時間短。

實現上述目的的一種工藝方案是：一種新型類金剛石薄膜塗層，包括與不鏽鋼金屬表面結合的基層以及位於該類金剛石薄膜塗層表面的功能層，所述基層為Cr層，所述功能層為類金剛石層；

所述基層和所述功能層之間還設有第一過渡層和第二過渡層，所述第一過渡層位於所述功能層的下方，為WC層，所述第二過渡層位於所述基層和所述第一過渡層之間，為CrWC層。

進一步的，所述基層是通過磁控濺射工藝或多弧離子鍍工藝沉積而成的。

進一步的，所述第一過渡層和所述第二過渡層均是通過磁控濺射工藝或多弧離子鍍工藝沉積而成的。

進一步的，所述功能層是通過過濾陰極真空電弧沉積工藝或多弧離子鍍工藝沉積的。

採用了本發明的一種新型類金剛石薄膜塗層的技術方案，包括與不鏽鋼金屬表面結合的基層以及位於該類金剛石薄膜塗層表面的功能層，所述基層為Cr層，所述功能層為類金剛石層：所述基層和所述功能層之間還設有第一過渡層和第二過渡層，所述第一過渡層位於所述功能層的下方，為WC層，所述第二過渡層位於所述基層和所述第一過渡層之間，為CrWC層。其技術效果是：在保證類金剛石薄膜塗層硬度的前提下，類金剛石薄膜塗層的耐磨性有了5～10倍的提升，並不易從不鏽鋼金屬表面脫落，沉積時間也比只沉積相同厚度的功能層的時間縮短15％～20％。

附圖說明

圖1為本發明的一種新型類金剛石薄膜塗層的結構示意圖。

具體實施方式

請參閱圖1，本發明的發明人為了能更好地對本發明的技術方案進行理解，下面通過具體的實施例，並結合附圖進行詳細地說明：

本發明的一種新型類金剛石薄膜塗層，包括從下至上依次設置的基層1，第二過渡層2，第一過渡層3和功能層4。

其中基層1為Cr層，以Cr層為基層1的目的在於：第一，Cr層本身就具有較高的硬度，因為Cr是所有單質金屬中最硬的。第二，Cr與作為基材10不鏽鋼金屬表面的結合力大，因此利於在存在微孔或者異型零部件表面形成質量優良的基層1，為整個類金剛石薄膜塗層提供基礎。基層1的沉積工藝為磁控濺射工藝或多弧離子鍍工藝。第三，Cr的熔點高，保證類金剛石薄膜塗層的高溫性能。

第二過渡層2為CrWC層，以CrWC層為第二過渡層2的目的在於：第一，CrWC本身就具有極高的硬度。第二，CrWC層與Cr層之間表面結合力大，因此利於在存在微孔或者異型零部件表面形成緻密的類金剛石薄膜塗層，也能保證類金剛石薄膜塗層不易脫落或磨損。第三，CrWC的熔點高，保證類金剛石薄膜塗層的高溫性能。第二過渡層2的沉積工藝為磁控濺射工藝或多弧離子鍍工藝。

第一過渡層3為WC層，以WC層為第一過渡層3的目的在於：第一，WC本身就具有極高的硬度。第二，WC層與CrWC層之間表面結合力大，因此利於在存在微孔或者異型零部件表面形成緻密的類金剛石薄膜塗層，也能保證類金剛石薄膜塗層不易脫落或磨損。第三，WC層與作為功能層4的類金剛石層的表面結合力大，因此進一步有利於在存在微孔或者異型零部件表面形成緻密的類金剛石薄膜塗層，也能進一步保證類金剛石薄膜塗層不易脫落或磨損。第三，WC的熔點高，保證類金剛石薄膜塗層的高溫性能。第一過渡層3的沉積工藝為磁控濺射工藝或多弧離子鍍工藝。

功能層4為緻密的類金剛層，沉積在第一過渡層3的表面，並與第一過渡層3緊密結合。有利於在存在微孔或者異型零部件表面形成緻密的類金剛石薄膜塗層，也能進一步保證類金剛石薄膜塗層不易脫落或磨損。功能層4是通過過濾陰極真空電弧沉積工藝或者多弧離子鍍工藝沉積的。

基層1、第二過渡層2和第一過渡層3可採用磁控濺射工藝沉積，將作為基材10的不鏽鋼金屬置於真空室內，基材10與磁控濺射靶的距離為8-15cm，磁控濺射的鉻靶、鎢靶和碳靶的表面磁場強度為200-500高斯。再對真空室抽真空，使真空室內的本底真空降至2.66×10-3Pa以下。充入氬氣，並使真空室內保持10-2Pa數量級的動態平衡壓強。繼續通入氬氣調節真空室內的壓強達到磁控濺射所需的總壓強，其範圍為1.33×10-1Pa～13.3Pa。調節濺射電壓為-500V～-800V，濺射電流為10-28A，基材10的表面的溫度為室溫到200℃。

基層1、第二過渡層2和第一過渡層3可採用多弧離子鍍工藝沉積。鉻靶、鎢靶和碳靶為陰極，陽極為所述真空室。真空室內的本底真空度為2.66×10-3Pa以下，溫度為200～400℃，靶弧電流設置為30～120A，負偏壓為-150V～-300V。

功能層4可採用多弧離子鍍工藝沉積。待塗覆的不鏽鋼金屬為陽極，碳靶為陰極，通入氬氣作為保護氣體。真空室內的本底真空度為2.66×10-3Pa以下，溫度為100℃～200℃，靶弧電流設置為80～120A，負偏壓為-150V～-1000V，採用多弧離子鍍工藝時，基層1、第二過渡層2、第一過渡層3和功能層4的沉積是連續完成的。

功能層4可採用過濾陰極真空電弧沉積工藝沉積。在過濾陰極真空電弧真空爐內，先在作為基材10的不鏽鋼金屬表面完成基層1、第二過渡層2和第一過渡層3的鍍膜。基層1、第二過渡層2和第一過渡層3的沉積可通過磁控濺射工藝或多弧離子鍍工藝完成。將過濾陰極真空電弧真空爐抽至本底真空2.66×10-3Pa以下，加負偏壓為-200V--1500V，再利用碳靶完成功能層4的沉積。

本發明的一種新型類金剛石薄膜塗層通過在作為基材10的不鏽鋼金屬的表面與功能層4之間依次設置基層1，第二過渡層2和第一過渡層3，在保證類金剛石薄膜塗層硬度的前提下，類金剛石薄膜塗層的耐磨性有了5～10倍的提升，並不易從作為基材10的不鏽鋼金屬表面脫落，耐磨性測試採用標準的橡皮測試，taber CS-17，1kg載荷。同時由於基層1，第二過渡層2和第一過渡層3沉積速度快，該類金剛石薄膜塗層的沉積時間也比只沉積相同厚度的功能層4的時間縮短15％～20％。

本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發明，而並非用作為對本發明的限定，只要在本發明的實質精神範圍內，對以上所述實施例的變化、變型都將落在本發明的權利要求書範圍內。