[发明专利]一种敷设在弹性基底上的硬质薄膜结构及制备方法

说明书

本发明公开了一种敷设在弹性基底上的硬质薄膜结构及制备方法，硬质薄膜结构是在弹性基底上敷设有类金刚石薄膜，类金刚石薄膜与弹性基底之间设置有纳米过渡层。制备方法为：第一步、清洗弹性基底；第二步、制备类金刚石薄膜,具体步骤为：步骤一、制备纳米过渡层；步骤二、制备外层硬质薄膜。有益效果：形成高质量的纳米结构过渡层；进一步形成结合力强、柔韧性高、耐磨性好的类金刚石薄膜硬质薄膜结构。

技术领域

本发明涉及一种薄膜结构及制备方法，特别涉及一种敷设在弹性基底上的硬质薄膜结构及制备方法。

背景技术

目前，橡胶密封件能够有效防止润滑油的泄漏和灰尘的进入，在航空航天工程、石油开采、汽车工业等技术领域中的液压往复装置以及滚珠轴承中广泛应用。然而，橡胶密封在动态工况下，接触摩擦大，磨损严重，容易导致密封失效，而接触橡胶密封是摩擦流体系统或轴承的主要来源，占总摩擦损失的50％至70％。制备具有低摩擦系数、高耐磨性的高强度防护涂层改善橡胶的耐磨性，在节能环保方面具有重要的应用价值。

类金刚石膜(简称DLC)是由sp²和sp³碳键组成的非晶碳膜，结合石墨和金刚石结构双重特性，具有高硬度及优良的耐磨损性能，能够有效解决橡胶摩擦系数高、耐磨性能差等问题。但是类金刚石薄膜在生长过程中产生较高的残余应力，薄膜与柔性基底材料的物理性能不匹配，与橡胶基底结合强度低，而薄膜与基体材料之间的结合强度，是决定薄膜可靠性与使用寿命的重要因素，是保证膜层满足机械、物理和化学使用性能的前提。提高硬质薄膜在高弹基底上的结合力，改善薄膜的协同变形能力，提高耐磨性是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决类金刚石薄膜与弹性基底之间结合差的问题而提供的一种敷设在弹性基底上的硬质薄膜结构及制备方法。

本发明提供的敷设在弹性基底上的硬质薄膜结构是在弹性基底上敷设有类金刚石薄膜，类金刚石薄膜与弹性基底之间设置有纳米过渡层。

纳米过渡层是由金属原子及碳原子组成，其中金属原子的百分比为1at.％-15at.％，纳米过渡层中的碳原子溅射参数与敷设在上部的类金刚石薄膜中的碳原子溅射参数一致。

弹性基底的材质为丁腈橡胶或氢化丁腈橡胶或氟化橡胶或硅橡胶或氯丁橡胶。

本发明提供的敷设在弹性基底上的硬质薄膜结构的制备方法，其方法如下所述：

第一步、清洗弹性基底：依次采用活性剂、酒精和蒸馏水超声振动对弹性基底清洗3-5次；真空干燥后将弹性基底载入腔室内，使腔室内的气压不高于3×10^-3Pa；调节气体压强，利用惰性气体辉光放电，轰击弹性基底，对弹性基底进行深度清洁；

第二步、制备类金刚石薄膜,具体步骤如下：

步骤一、制备纳米过渡层：纳米过渡层是由金属原子及碳原子组成，纳米过渡层制备时采用高纯的碳靶和金属靶共溅射，通入惰性气体，使得真空室气压为0.8Pa-3.0Pa，碳靶通直流电源，溅射输出功率为80W-120W，金属靶连接射频电源，输入功率60W-140W，工作气压调节为2.0Pa，在第一步清洗后的弹性基底上，沉积纳米过渡层，纳米过渡层中金属元素的原子百分比为1at.％-15at.％；

步骤二、制备外层硬质薄膜：步骤一中的纳米过渡层制备完毕后关闭金属靶溅射电源，碳靶仍保持溅射状态，且溅射参数与纳米过渡层制备参数一致，沉积外层类金刚石薄膜。

弹性基底的材质为丁腈橡胶或氢化丁腈橡胶或氟化橡胶、硅橡胶和氯丁橡胶。

第一步中所用的活性剂为肥皂水。

第一步中的惰性气体为氩气或氙气或氖气，惰性气体流量设置为30-50sccm，清洗弹性基体的负偏压设置为400-800V，工作气压调节至真空腔内出现淡紫色辉光即可，溅射清洗10min。