[发明专利]一种以Cr/Cr-Si为过渡层在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法

说明书

本发明公开了一种以Cr/Cr‑Si为过渡层在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，它包括以下步骤：1）不锈钢样品前处理：对不锈钢样品进行砂纸打磨，用丙酮进行超声处理，烘干备用；2）不锈钢表面沉积Cr/Cr‑Si薄膜：将步骤1）中的不锈钢样品装入磁控溅射设备的样品台中，将Cr、Si靶材安装到靶座上，在不锈钢基底表面沉积Cr膜及Cr‑Si薄膜，得到含Cr/Cr‑Si过渡层的不锈钢样品；3）在不锈钢表面沉积金刚石薄膜：将步骤2）中得到的含Cr/Cr‑Si过渡层的不锈钢样品进行超声种晶，利用热丝CVD进行沉积金刚石薄膜，实现在含Cr/Cr‑Si为过渡层的不锈钢表面上制备金刚石薄膜。本发明通过采用上述技术，使金刚石膜与不锈钢之间结合力高，在洛氏硬度计150 kg载荷作用下薄膜未发生脱落。

技术领域

本发明属于金属石薄膜制备技术领域，涉及了一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，具体涉及一种以Cr/Cr-Si为过渡层在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法。

背景技术

金刚石薄膜具有高硬度、高热导率和良好生物相容性等优异性能。在不锈钢上生长金刚石薄膜，可以提高其硬度、耐磨性、耐腐蚀性和生物相溶性等性能，在食品、医疗器械等行业中存在巨大的应用前景。然而，在不锈钢上直接沉积金刚石薄膜存在三个问题。（1）不锈钢和金刚石之间的热膨胀系数（CTE）差异大，导致在CVD降温过程中产生大的热应力而使薄膜从基体上脱落。（2）由于碳在不锈钢中的扩散速率大且溶解度高，很难在不锈钢上达到碳饱和，形成连续的金刚石薄膜。（3）不锈钢中铁或镍元素的催化作用使石墨相优先形成，导致金刚石薄膜的粘附性差。

通常在不锈钢与金刚石之间引入过渡层来解决这些问题。到目前为止，已研究了多种过渡层，例如Cr、Ti、Pt、Al、CrN和CrN/Al等。在这些过渡层中，Cr过渡层由于具有较低的热膨胀系数和易于形成碳化物，表现出较好的结合力，得到了深入地研究。但是采用Cr过渡层在钢基底上沉积的金刚石膜仍存在结合力不足、容易脱落等问题。在Cr中添加Si元素，将形成Cr(Si)固溶体和铬硅化合物，有可能改变Fe、C互扩散能力，生长出结合力优异的金刚石薄膜。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，具体涉及一种以Cr/Cr-Si为过渡层在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，所得的金刚石薄膜结合力优异。

所述的一种以Cr/Cr-Si为过渡层在不锈钢表面制备金刚石薄膜的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）不锈钢样品前处理：对不锈钢样品进行砂纸打磨，用丙酮进行超声处理，烘干备用；

2）不锈钢表面沉积Cr/Cr-Si薄膜：将步骤1）中的不锈钢样品装入磁控溅射设备的样品台中，将Cr、Si靶材安装到靶座上，在不锈钢基底表面沉积Cr膜及Cr-Si薄膜，得到含Cr/Cr-Si过渡层的不锈钢样品；

3）在不锈钢表面沉积金刚石薄膜：将步骤2）中得到的含Cr/Cr-Si过渡层的不锈钢样品进行超声种晶，利用热丝CVD进行沉积金刚石薄膜，实现在含Cr/Cr-Si为过渡层的不锈钢表面上制备金刚石薄膜。

所述一种以Cr/Cr-Si为过渡层在不锈钢表面制备金刚石薄膜，其特征在于步骤2）中不锈钢表面沉积Cr/Cr-Si薄膜的具体过程如下：将步骤1）处理后的不锈钢样品装入磁控溅射仪的样品台上，将Cr、Si靶材安装到靶座上，关闭真空室，抽真空至气压低于3.0×10^-3Pa，打开基片加热电源，通入氩气，通过控制闸板阀至气压为2-5 Pa，打开Cr靶挡板、靶电源，启辉，降低工作气压至0.2-1 Pa, 沉积Cr膜，Cr膜沉积结束后，打开Si靶挡板和靶电源，沉积Cr-Si薄膜，沉积完成后，关闭电源、氩气，放气后，取出得到含Cr/Cr-Si过渡层的不锈钢样品。

所述一种以Cr/Cr-Si为过渡层在不锈钢表面制备金刚石薄膜，其特征在于Cr膜沉积时间为10-40 min，Cr层的厚度为0.1-0.4 µm。