[实用新型]一种降低DLC涂层内应力的等离子全方位离子沉积设备

说明书

技术领域

本发明涉及镀膜领域，具体地说一种能有效降低DLC涂层内应力等离子全方位离子沉积设备。

背景技术

二十世纪七十年代以来，镀膜工艺在工业界掀起了狂潮，各种镀膜技术纷纷都走向了产业化。在机械制造领域，涉及的问题主要是高耐磨，抗氧化，耐腐蚀，高疲劳寿命等。据不完全统计，在发达国家，由表面失效而造成的经济损失占GDP的4%，这意味着美国每年在表面失效上要花费2800亿美元，在德国，用于降低磨损的润滑油就达到了20亿美元/年，而且每年以5%的速度剧增，因此，关键零部件的表面处理变得尤为重要。类金刚石涂层在机械制造领域有着广阔的应用，如：活塞、活塞环、有色金属加工的刀具、齿轮等。

1971 年Aisenberg 等人首次利用碳离子制备出类金刚石膜( Diamond Like Carbon coating， 简称DLC 涂层)，类金刚石(DLC)涂层是含有金刚石相(sp³ 键或其杂化态)和石墨相（sp²键）的非晶态碳膜。其中的碳原子部分处于金刚石的杂化状态，部分处于石墨的杂化状态，也有极少数的碳处于sp¹ 杂化态。类金刚石涂层不仅具有高硬度、低摩擦系数，在工件表面镀上DLC之后能起到很好的耐磨减摩效果。同时，DLC涂层还具有极高电阻率和极好的耐蚀性、光学透过性及生物相容性，它是机械、电子、航天航空、医学、光学等领域的理想材料。

作为表面处理技术的一个分支，等离子全方位离子沉积技术（Plasma Immersion Ion Deposition），简称为PIID技术，它是等离子增强化学气相沉积技术的一种。利用PIID技术可以制备出类金刚石涂层，即DLC涂层。尽管DLC涂层具有高硬度、低摩擦系数、耐磨耐腐蚀能多种优异的性能，随着科技的进步，对材料性能的要求就越来越苛刻。传统的类金刚石涂层已经不能满足工业化更高品质，更好层次产品的需求。目前，国内外关于类金刚石涂层的研究主要集中在以下几个方面：

1、与基体材料的结合力问题。DLC与基体材料的结合力差导致其在服役过程中的剥落是目前面临的最大的问题。如DLC涂层在ZnS基体上的附着力非常差，在陶瓷、玻璃、塑料、树脂上的附着力也不够好，在硅和钢上面虽然有较强的附着力，但对于恶劣环境应用仍有待进一步提高。其原因是DLC 涂层和基体之间晶格结构及物理性能如热膨胀系数、弹性模量等的不兼容性。

2、内应力大导致脆性崩裂。对附着力差的基体，巨大的内应力很容易引发膜的开裂和剥落。由于内应力大的缘故，DLC在刀具上的应用就受到了限制，特别是在切割钢铁、硬质合金等材料的时候，巨大的内应力会导致涂层崩裂而提前失效。

另外，如何降低镀膜成本、提高镀膜速率、提高涂层的热稳定性和耐腐蚀性能也是目前正在研究的方向。

为了降低DLC涂层的内应力、提高涂层的结合强度、实现大批量产业化镀膜，科研工作者们对于PIID设备进行了广泛而深入的研究。

目前，国内外对于新型PIID设备的研制发展趋势主要集中在以下几个方面：1、提高真空室内等离子体密度，如何快速高质量地镀膜；2、研制大型的真空镀膜室体，能够装载更多更大的工件，并能实现自动化、连续化镀膜以降低镀膜成本；3、对设备主体（包括真空设备和电源设备）进行优化，解决DLC涂层与基体的结合力问题。

发明内容

本发明的目的提供一种降低DLC涂层内应力的等离子全方位离子沉积设备，以提高DLC涂层的内应力以及涂层的结合强度，同时降低镀膜成本、提高涂层的热稳定性和耐腐蚀性。

本发明解决技术问题采用如下方案：

一种降低DLC涂层内应力的等离子全方位离子沉积设备，该设备包括真空镀膜室、抽气系统、充气系统、真空检测系统以及高压电源系统，所述真空镀膜室内设有用于放置镀膜工件的支架，其特征在于，该设备还设置有DLC涂层掺杂装置，所述掺杂装置包括与真空镀膜室通过管道相连的外置式气源输入装置和位于真空镀膜室内的内置式金属蒸汽源高频感应加热装置。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明在原有等离子全方位离子沉积设备的基础上增设DLC涂层的掺杂装置，降低DLC涂层的内应力，实现不同的功能需求。如：对于自清洁功能的表面可选择低表面能F-DLC、Si-O-DLC；对于刀具模具强接触应力的环境可使用Ti-DLC、Cr-DLC等含金属的涂层；对于一般的需求，使用普通的DLC涂层即可。

附图说明