[发明专利]一种掺金属的类金刚石涂层的制备方法

说明书

本发明公开了一种掺金属的类金刚石涂层的方法，将预处理后的工件放入ISE‑MS镀膜设备真空室中的转架杆上，以安置在炉体左右内壁上的一对平面金属溅射靶作为相应掺金属的来源，通过调整中频脉冲电源的功率控制平面金属溅射靶的溅射率；将高纯Ar和CH₄通过离子源进入真空室，其中，高纯Ar作为主要离化气体，CH₄作为反应气体；采用了底层和过渡层设计方法，不但进一步提高涂层结合力，又保证了涂层耐磨和减摩性能的提高。所制备的掺金属的类金刚石涂层，外观呈灰色或黑色，表面光滑致密，掺金属的类金刚石涂层的硬度HV1800以上，膜基结合力达到50N以上，厚度为2.0μm～3.0μm，当摩擦副为Al₂O₃球时，掺金属的类金刚石涂层的干摩擦系数为0.1～0.25。

技术领域

本发明属于表面涂层制备技术领域，具体涉及一种掺金属(Cr、Ti、W)的类金刚石涂层的方法。

背景技术

随着人们环保意识的增强，低碳生活已经成为社会的主旋律。CO₂空调制冷压缩机因其环保、高效、节能备受制冷行业的重视和青睐，正成为当前技术研发的热点。但由于CO₂冷媒自身的特点，制冷系统跨临界运行，且排气压力较高、压差远大于现有的氟利昂压缩机。现有的技术手段，无论是偏心轴材料优选，机械结构优化设计，还是表面处理工艺设计，均不能完全解决CO₂压缩机中存在的偏心轴磨损、润滑和轴封泄漏等难题，因此需要对CO₂旋转压缩机的关键部件如偏心轴、滑片等表面耐磨及减摩性能进行深入系统的研究，以寻求技术突破。

类金刚石涂层(Diamond-like Carbon，DLC)是碳基涂层的典型代表，它以其高硬度、低摩擦系数和良好的化学稳定性引起人们的广泛关注。DLC涂层是含有金刚石结构(sp3键)和石墨结构(sp2键)的亚稳非晶态物质，DLC涂层中的碳原子主要以sp3和sp2杂化键结合。因此，通过调控DLC涂层中的化学键成分比例，可有效优化涂层的耐磨、减摩性能，从而有望彻底解决CO₂压缩机中存在的偏心轴磨损、润滑和轴封泄漏等长期技术难题。

然而，要想获得耐磨损性能优异的DLC涂层，仍面临巨大的技术挑战，因DLC涂层自身内应力大、韧性差，经常在使用过程中发生开裂和剥落，不能有效发挥它的功效。因此，目前世界范围正在研发各种掺金属的DLC涂层的制备方法，但由于DLC涂层掺杂成份及结构不同，DLC涂层性能及适用范围有着相当大的差别。

目前，制备DLC涂层主要采用磁控溅射沉积技术(MS)，该方法具有DLC膜层致密和表面光洁度高等优点,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。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种采用离子源增强磁控溅射技术(ISE-MS)制备掺金属的类金刚石涂层的方法，有望满足CO₂旋转压缩机的偏心轴表面摩擦学性能应用上的严酷服役要求。

为了实现上述任务，本发明采取如下的解决方案：

一种掺金属的类金刚石涂层的方法，其特征在于，按下列步骤进行：

1)将预处理后的工件放入ISE-MS镀膜设备真空室中的转架杆上，该转架杆随转架台转动，以保证镀膜过程的均匀性；

2)以安置在炉体左右内壁上的一对平面金属溅射靶作为相应掺金属的来源，通过调整中频脉冲电源的功率控制平面金属溅射靶的溅射率；将高纯Ar和CH₄通过离子源进入真空室，其中，高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程，CH₄作为反应气体，经过离子源使其离化成为DLC涂层中C元素的来源；

3)制备工艺条件：