[发明专利]一种在超级马氏体不锈钢表面制备DLC薄膜的方法

说明书

本发明涉及一种在超级马氏体不锈钢表面制备DLC薄膜的方法，用13Cr超级马氏体不锈钢作为基体进行镀膜；在真空腔体内设金属网笼，带有防爆口的空心玻璃砖放设在真空腔体内，在绝缘玻璃砖上放置金属网笼，所述的金属网笼前后左右四面开口，使电子逃逸形成回路；将基体打磨后超声清洗，再放置于真空腔体的金属网笼内部进行高压清洗，基体的待镀膜面向上；在镀膜前制备Si/Si‑C过渡层，提高膜基结合力；使用等离子体增强化学气相沉积技术制备DLC薄膜。优点是：基体的高模量解决了DLC薄膜制备过程中应力过大的问题。在超级马氏体不锈钢表面制备的DLC薄膜，结构致密、明显提高了基体硬度以及减摩耐蚀等性能。

技术领域

本发明属于化学气相沉积制备薄膜领域，尤其涉及一种在超级马氏体不锈钢表面制备DLC薄膜的方法。

背景技术

超级马氏体不锈钢由于其强韧性好，耐腐蚀性能优良，成本低廉，在众多不锈钢应用领域，能够作为超级双相不锈钢的替代材料。与传统马氏体不锈钢相比，降低C含量在0.03％以下，大大提高了其焊接性能，也具有更高的抗拉强度，能够进行大规模的生产应用。控制Cr含量在12％～13％，在降低其点蚀敏感性提高其耐蚀性能的同时，减少δ铁素体的出现，保证超级马氏体的韧性和应力腐蚀抗性。因此，超级马氏体不锈钢主要被应用在需高强韧性、可大规模生产且耐蚀性良好不锈钢的石油气运输管道等领域。

随着石油、天然气等不可再生能源的逐渐减少，开采环境愈发恶劣，对于石油管道材料的各类性能要求也越发苛刻。为了能够承受深井、超深井对于屈服强度和冲击韧性的要求，对提高超级马氏体不锈钢强韧性的研究有着相当重要的实用意义。CN101956146A中介绍了一种能够用于深井环境的高强韧超级马氏体不锈钢，通过设计化学成分百分配比降低生产成本，简化热处理工艺来提高生产效率。得到的钢材为低碳回火马氏体和逆变奥氏体复相组织，保证了超级马氏体不锈钢适用于深井、超深井环境的高强韧性。

现有技术中，中国专利公开号CN107904479A，公布了一种超级马氏体不锈钢的精炼方法，通过真空吹氧脱碳精炼炉和钢包精炼炉二次精炼的超级马氏体不锈钢，达到了使用性能要求的同时降低了生产成本。中国专利公开号CN109234615A，公布了一种耐微生物腐蚀油井管用不锈钢及其制造方法，复合添加了Cu、Ga和稀土元素Ce并设计了其成分含量，使该钢具备优异的耐微生物腐蚀性能。

对于提高超级马氏体不锈钢强韧性及耐微生物腐蚀等性能的研究，在以上专利中都有详尽的说明。但随着油气井等开采深度增大，油管钢的使用环境越发恶劣，对于钢材表面耐蚀性、耐磨性的要求也进一步提高。如何在不影响其他性能的基础上提高超级马氏体不锈钢的耐蚀耐磨性能仍是目前研究的主要关注点。

类金刚石碳膜(Diamond-Like Carbon films)，即DLC膜，作为一类非晶碳膜，耐蚀性能优良，减摩耐磨性好，结构致密，是表面改性领域一大研究热点。能够弥补超级马氏体不锈钢在工业应用中耐磨性及耐蚀性方面的不足。

但DLC膜为非晶结构，在沉积过程中内应力较大，应力释放会导致薄膜崩裂，故如何降低内应力并提高膜基结合力是目前制备过程中需要攻克的主要问题。中国专利：CN101082131A和CN101768764A中介绍了电弧离子镀和磁控溅射方法在不锈钢表面制备耐磨损类金刚石碳膜的方法。但超级马氏体不锈钢的组织为回火马氏体，相变温度较低，过高的沉积温度会导致基体发生相变，改变其组织性能。因此，如何在超级马氏体不锈钢表面沉积DLC膜且降低薄膜沉积温度，是目前急需解决的难题。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种在超级马氏体不锈钢表面制备DLC薄膜的方法，在不影响基体强韧性的基础上提高超级马氏体不锈钢的耐蚀耐磨性，增加膜基结合力，以延长其作为油管钢的使用寿命。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种在超级马氏体不锈钢表面制备DLC薄膜的方法，包括以下步骤：