[发明专利]一种适用于钛合金表面的纳米多层薄膜及其制备方法

说明书

本发明提供一种适用于钛合金表面的纳米多层薄膜及其制备方法，该多层薄膜从钛合金表面向外依次为氮化钛薄膜层、碳化钛薄膜层、氮化钛薄膜层、碳化钛薄膜层以及掺铝的类金刚石薄膜层；该制备方法为先对钛合金基体进行清洗以及抽真空，溅射沉积氮化钛薄膜层，再溅射沉积碳化钛薄膜层，然后分别重复沉积氮化钛薄膜层与碳化钛薄膜层一次，再制备一层掺铝的类金刚石薄膜层，最后进行溅射后处理。与现有技术相比，本发明制备多层薄膜成品率高、方便、快捷、高效，其制备而成的薄膜与基体、薄膜与薄膜之间结合力大、内应力小，具有很好的耐摩擦磨损性能，可适用于航空航天、地质钻探等高强度作业领域。

技术领域

本发明涉及一种纳米薄膜材料技术领域，尤其涉及一种适用于钛合金表面的纳米多层薄膜及其制备方法。

背景技术

钛合金是一种新式结构材料，目前在各领域有广泛的应用，但其硬度低、摩擦系数高、耐磨性差等缺点限制了其应用。因此，对钛合金进行表面改性，制备功能性多层薄膜，使其达到更广泛的应用。

类金刚石碳薄膜（DLC）具有高硬度、高耐磨性、低摩擦系数等优异性能，但在实际应用中却常存在薄膜与基体的界面结合强度较差、薄膜与基体之间存在很大的内应力等问题，从而发生分层、剥落和失效等。而将金属Al引入到类金刚石碳膜中可以有效地减小薄膜内部应力，同时增加薄膜的韧性以及与基体的结合力，同时硬度仍能保持一个较高值。若直接在钛合金表面制备掺铝的类金刚石薄膜，虽然能一定程度上能改善膜基体的结合力、减小内部应力，但结合力与内部应力仍不能满足航空航天、地质钻探等高强度作业领域。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种适用于钛合金表面的纳米多层薄膜，其具有高硬度、高耐磨性，能适用于航空航天、地质钻探等高强度作业环境。

本发明的第二目的在于提供一种适用于钛合金表面的纳米多层薄膜的制备方法，该方法制备出的多层薄膜克服上述现有技术的不足，进一步提高了膜基体的结合力、减小其内部应力，使得制备出的纳米多层薄膜摩擦系数小、耐磨性能优异且薄膜与基体结合力优异。

本发明目的通过如下技术方案实现：

一种适用于钛合金表面的纳米多层薄膜，其特征在于，它是由五层薄膜层构成；从钛合金表面向外依次为氮化钛薄膜层、碳化钛薄膜层、氮化钛薄膜层、碳化钛薄膜层以及掺铝的类金刚石薄膜层。

进一步，所述氮化钛薄膜层厚度为190nm-250nm；所述碳化钛薄膜层厚度为190nm-250nm；所述掺铝的类金刚石薄膜层厚度为190nm-250nm；所述纳米多层薄膜的总厚度大于等于1000nm。

按本发明合理的结构层设计，有效提高了各层薄膜之间以及薄膜与钛合金基体间的结合力强度。发明人在研究过程中发现，碳化钛层与掺铝的类金刚石薄膜层由于碳原子可相互紧密结合，使得膜层与膜层之间具有较低的应力，但碳化钛层、掺铝的类金刚石薄膜层与钛合金基体材料都存在具有较大内应力、结合力不强、无法适用于高强度作业环境的问题；本发明结构有效地解决了前述技术难题，提高了所制备多层薄膜的薄膜与基体、薄膜与薄膜之间的结合力，使得薄膜硬度高、同时又具有较高耐摩擦磨损性能；能适用于航空航天、地质钻探等高强度作业领域。

一种适用于钛合金表面的纳米多层薄膜的制备方法，是在钛合金基体上制备纳米多层薄膜，其特征在于：对钛合金基体进行清洗以及抽真空，溅射沉积氮化钛薄膜层，再溅射沉积碳化钛薄膜层，然后分别重复沉积氮化钛薄膜层与碳化钛薄膜层一次，再制备一层掺铝的类金刚石薄膜层，最后进行溅射后处理。