[发明专利]一种物理气相沉积Ta-C涂层的制备方法及Ta-C涂层

说明书

本发明涉及物理气相沉积硬质涂层，具体公开了一种Ta‑C多层硬质涂层。本发明采用Ti靶和石墨靶，涂层制备过程包括：步骤一：等离子清洗；步骤二：沉积Ti打底层；步骤三：制备Ti和碳结合体层；步骤四：沉积四面体无定型无氢非晶碳层。本发明的物理气相沉积Ta‑C涂层采用离子溅射及辉光放电技术相结合工艺，具有制备工艺简单，沉积温度低、无污染、耗材少以及成膜均匀致密等特点。本发明的Ta‑C涂层硬度接近金刚石硬度，具有硬度更高、自润滑性更好以及摩擦系数更低等优点。本发明的Ta‑C涂层应用于软金属加工刀具及塑胶成型模具，可以显著减少磨损、抑制粘着、提高刀具及模具使用寿命。

技术领域

本发明涉及金属工具、塑胶模具表面改性领域，具体涉及一种物理气相沉积Ta-C涂层的制备方法及Ta-C涂层。

背景技术

随着先进制造技术的高速发展，对刀具、模具及机械零部件在精度、使用寿命和功能上提出了更高的要求，特别是它们的表面质量决定了被加工产品的合格率、生产效率，以及机械设备零部件的性能等。大量实践证明，气相沉积硬质涂层是一种能有效改善和提高材料表面性能的方法。近十年来气相沉积技术，尤其是物理气相沉积(Physical VaporDeportation，简称PVD)技术取得了突飞猛进的发展，各类PVD技术制备的TiN，TiCN，TiAlN、DLC等涂层极大的提高了材料表面的各类使用性能，如耐磨、减摩、抗腐蚀、抗冲击和抗氧化性能等。硬质涂层技术的运用使各类刀具、模具及机械耐磨件在性能与效益方面发挥更大的优势，具有巨大的应用潜力。

发明内容

本发明的目的是制备一种Ta-C(tetrahedral amorphous carbon，四面体非晶碳，或称四面体无定型无氢非晶碳)多层涂层。

本发明结合辉光放电和离子溅射技术，提供了一种物理气相沉积Ta-C涂层的制备方法。

一种物理气相沉积Ta-C涂层的制备方法，用于在基体表面制备Ta-C涂层，该制备方法采用离子溅射及辉光放电技术相结合的工艺，主要包括如下步骤：

步骤一：采用辉光放电技术，等离子清洗基体表面杂质；

在已加温的真空炉腔内进行氩离子轰击以清除基体表面杂质，真空炉腔中温度为70-90℃，真空度为9×10^-5-1.3×10^-4Pa，氩离子轰击频率为13-17Hz；

步骤二：采用离子溅射技术沉积Ti打底层；

向真空炉腔内通入氩气(Ar)，氩气(Ar)流量为40-70sccm，真空炉腔内温度为75-95℃，真空度为8.5×10^-5-1.1×10^-4Pa，Ti靶通电，在基体表面沉积Ti打底层涂层，Ti靶电流为210-280mA，电压为340-400V，沉积时间5-6min；

步骤三：采用离子溅射技术制备Ti和碳结合体层；

继续通入氩气(Ar)，氩气(Ar)流量为30-60sccm，真空炉腔内温度为80-100℃，真空度为8×10^-5-1×10^-4Pa，使Ti靶和石墨靶同时通电，在Ti打底层外侧沉积Ti和碳的结合体涂层；其中，Ti靶电流为200-260mA，电压为350-400V，石墨靶电流为220-280mA，电压为360-420V，沉积时间3-4min；

步骤四：采用离子溅射技术沉积四面体无定型无氢非晶碳层；

保持氩气(Ar)通入，氩气(Ar)流量为55-90sccm，真空炉腔内温度为80-95℃，真空度为9×10^-5-1.15×10^-4Pa，停止Ti靶通电，保持石墨靶通电，在Ti和碳的结合体层外侧制备四面体无定型无氢非晶碳层，石墨靶电流为200-260mA，电压为350-400V，沉积时间1.5-2h。