[发明专利]一种超硬碳基薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种超硬碳基薄膜及其制备方法，涉及工具领域。该超硬碳基薄膜的制备方法，主要用于切削刀具，其主要包括在离子辅助和偏压作用下对基材进行清洗，在闭合磁场条件下于基材表面沉积一层Cr过渡层，基于电弧离子镀技术在高偏压下作用下在Cr层表面形成Cr‑C结合层，通过偏压调控形成具有硬度梯度的C过渡层，通过闭合磁场提高电弧C离子碰撞几率和限制C离子外溢，提高基材周围C离子能量阈值，从而提升C基薄膜中SP³键含量，达到提高碳基薄膜硬度的目的。通过上述方法制备得到的超硬碳基薄膜面向切削刀具用高结合力、硬度超过50GPa，性能优异。

技术领域

本发明涉及工具领域，且特别涉及一种超硬碳基薄膜及其制备方法。

背景技术

现代机械加工过程中，氮化物(Ti(Al,Cr)N、TiCN等)涂层是切削刀具常用涂层，用于提高刀具耐磨性、加工质量及使用寿命。随着切削速度的提高、干式切削的普及，具有更高硬度和耐磨性的刀具涂层在切削加工领域具有广泛的应用前景。尤其在有色金属加工领域，常用氮化物涂层容易与其发生粘黏，不适合有色金属加工。不掺杂碳基薄膜因其具有良好的耐磨性能且与有色金属不发生粘黏，在有色金属加工行业展示出巨大的应用潜力。常见的碳基薄膜有类金刚石薄膜和金刚石薄膜，采用常用溅射技术制备的类金刚石薄膜在不掺杂金属的情况下，薄膜内应力大致膜基结合力差。掺杂金属后类金刚石膜内应力降低膜基结合提高，但在加工有色金属过程中掺杂元素容易与被加工有色金属发生粘黏致加工质量下降和刀具寿命降低。金刚石薄膜具有接近天然金刚石的硬度(100GPa)，具有优异的力学性能和良好的导热性，是加工有色金属的理想膜层材料，但金刚石膜成本高且镀膜温度高(＞800℃)限制了其在有色金属加工行业的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超硬碳基薄膜的制备方法，该制备方法简单可行，其制备得到的超硬碳基薄膜不掺杂金属，其硬度高。

本发明的另一目的在于提供一种超硬碳基薄膜，其通过上述的方法制备得到。该超硬碳基薄膜不掺杂金属，硬度高。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种超硬碳基薄膜的制备方法，用于切削刀具，超硬碳基薄膜的制备方法包括依次进行的：

清洗基材及工件架；

制备过渡Cr层；

制备过渡Cr-C结合层；

制备过渡C层；

制备超硬碳基薄膜。

本发明提出一种超硬碳基薄膜，其通过上述的超硬碳基薄膜的制备方法制备得到。

本发明实施例的超硬碳基薄膜及其制备方法的有益效果是：

本发明的实施例提供的超硬碳基薄膜的制备方法，主要用于切削刀具，其主要包括在离子辅助和偏压作用下对基材进行清洗，在闭合磁场条件下于基材表面沉积一层Cr过渡层，基于电弧离子镀技术在高偏压下作用下在Cr层表面形成Cr-C结合层，通过偏压调控形成具有硬度梯度的C过渡层，通过闭合磁场提高电弧C离子碰撞几率和限制C离子外溢，提高基材周围C离子能量阈值，从而提升C基薄膜中SP³键含量，达到提高碳基薄膜硬度的目的。

本发明的实施例提供的超硬碳基薄膜，通过上述方法制备得到的超硬碳基薄膜面向切削刀具用高结合力、硬度超过50GPa，性能优异。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例1高速钢基材表面超硬碳基薄膜XPS图谱。