[发明专利]一种异质多层结构的超厚碳基复合涂层及其制法与应用

权利要求书

1.一种异质多层结构的超厚碳基复合涂层，其特征在于包括依次形成于基体表面的过渡层和交替层叠层，其中，所述交替层叠层由异质结构层和非晶碳层交替层叠形成，所述异质结构层包括MeC层、MeN层、MeCN层中的任意一种或两种以上的组合，Me选自Cr、Ti或W；所述超厚碳基复合涂层的最外层为非晶碳层。

2.根据权利要求1所述的超厚碳基复合涂层，其特征在于：所述超厚碳基复合涂层的厚度在10μm以上；

和/或，所述过渡层的厚度为0.2～1μm；和/或，所述异质结构层的厚度为0.2～1.5μm；和/或，所述非晶碳层的厚度为0.5～3μm；

和/或，所述交替层叠层包含2个以上交替层叠周期层，其中每一交替层叠周期层包含一异质结构层和一非晶碳层。

3.根据权利要求1所述的超厚碳基复合涂层，其特征在于：所述过渡层包括Cr层、Ti层、V层、Mo层中的任意一种或两种以上的组合，优选为Cr层；

和/或，所述Me选自Cr；

和/或，所述非晶碳层包括类金刚石碳基涂层。

4.权利要求1-3中任一项所述的异质多层结构的超厚碳基复合涂层的制备方法，其特征在于包括：

提供基体；

采用磁控溅射技术在所述基体表面沉积形成过渡层；

以及，采用磁控溅射技术、离子源辅助化学气相沉积技术在所述过渡层表面沉积交替层叠层，直至形成所述异质多层结构的超厚碳基复合涂层。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于具体包括：

将基体放入反应腔体中，以惰性气体为工作气氛，以Cr靶作为靶材，采用磁控溅射技术在所述基体表面沉积形成过渡层，其中，偏压为0～-100V，靶功率为2～8kw，沉积温度为120～250℃，沉积时间为10～60min，惰性气体的流量为100～300sccm。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于具体包括：

在所述过渡层沉积完成后，在惰性气体气氛中，以Cr靶作为靶材，以N₂和/或碳源气体为工作气体，采用磁控溅射技术，在所述过渡层表面形成异质结构层，其中，偏压为0～-100V，沉积温度为120～250℃，沉积时间为30～90min，N₂的流量为0～1200sccm，碳源气体的流量为0～300sccm；

以石墨靶为靶材或者以碳源气体为工作气体，采用磁控溅射技术和/或离子源辅助化学气相沉积技术在所述异质结构层表面沉积形成非晶碳层，其中，石墨靶的功率为3～6Kw，沉积温度为120～250℃，沉积时间为40～120min，碳源气体的流量为50～500sccm；当采用离子源辅助化学气相沉积技术时，偏压为-600～-800V；当采用磁控溅射技术或者磁控溅射技术与离子源辅助化学气相沉积技术二者结合时，偏压为0～-100V；

以及，使所述异质结构层和非晶碳层交替层叠，直至形成所述交替层叠层。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述碳源气体包括C₂H₂和/或CH₄；

和/或，所述异质结构层和非晶碳层交替层叠的次数在2次以上；

和/或，所述惰性气体气氛包括Ar气氛。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于还包括：先将反应腔体抽真空至真空度小于3×10^-3Pa，之后对基体进行刻蚀处理；

和/或，所述制备方法还包括：先对基体表面进行预处理；优选的，所述预处理包括除油除水处理。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述基体的材质包括不锈钢和/或钛合金。

10.权利要求1-3中任一项所述的异质多层结构的超厚碳基复合涂层于苛刻环境下金属运动部件表面防护领域中的用途。