[发明专利]一种具有真空长效润滑性能碳薄膜的制备方法

摘要

本发明提供了一种具有真空长效润滑性能碳薄膜的制备方法，是采用具有特殊纳米形貌和高催化特性的金属Cu为靶材，以氩气为溅射气体，以甲烷为反应气源，利用碳氢气源在靶材表面形成石墨烯前躯体，进而溅射制备具有石墨烯纳米结构镶嵌的碳薄膜材料。由于石墨烯自身具有优异的力学强度和弹性变形能力，碳膜中的石墨烯中呈有序纳米结构可以起到增强剂的作用，大幅改善碳薄膜的力学性能，尤其是缓解非晶碳膜自身高的内应力，赋予其优异的韧性和真空环境下超低的摩擦系数及长寿命。鉴于其真空超低摩擦、长寿命、高硬度、高化学稳定等综合性能优势，本发明技术可广泛应用于航空、航天等各领域真空环境下使用的运动部件的表面润滑处理。

主权项

一种具有真空长效润滑性能碳薄膜的制备方法，是由以下设备和工艺完成：设备：该工艺过程在一个具有四个靶位的磁控溅射镀膜机上完成；其中两个靶装配步骤（1）处理后的金属Cu靶材，连接有一台中频溅射电源进行激励；另两个靶装配硅靶材，也连接有一台中频溅射电源进行激励；样品架连接有一台脉冲偏压电源施加负电压；制膜工艺：（1）金属Cu靶的预处理：利用常规磁控溅射技术，先在金属Cu靶材表面预沉积一层Cu薄膜；然后在真空或惰性气氛保护下，将预沉积有Cu薄膜的Cu靶材于700~900℃热处理10~60 min；处理后靶材表面形成一层Cu纳米颗粒；（2）碳薄膜材料的制备等离子体清洗表面：将待镀膜部件安置于镀膜腔体内样品架上；真空腔内气压抽至1.0×10‑3 Pa以下，通入高纯氩气，对待镀膜部件进行常规的氩气等离子体清洗刻蚀；② 沉积硅过渡层：以氩气为溅射气体，硅靶为溅射靶材，调节氩气流量，在腔体溅射气压为0.3~0.8 Pa，靶溅射功率范围为5~30 W/cm2，偏压为100~400 V下，溅射沉积一层50~600 nm厚的硅过渡层；③ 沉积碳润滑层：以步骤（1）处理后的金属Cu靶材为溅射靶，以氩气为溅射气体，以甲烷为反应气源，在溅射气压为0.3~0.8 Pa，靶溅射功率范围为5~30 W/cm2，基本偏压为‑100~‑400 V下，溅射沉积厚度为1~5 um的碳润滑薄膜。