一种金属表面Cr/CrN/CrCN/Cr-DLC多层复合自润滑薄膜及其制备方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114836715A(43)申请公布日2022.08.02(21)申请号202210278390.3(22)申请日2022.03.21(71)申请人华南理工大学地址510640广东省广州市天河区五山路381号(72)发明人陈泽达苏峰华孙建芳(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102专利代理师林奕聪(51)Int.Cl.C23C14/16(2006.01)C23C14/06(2006.01)C23C14/35(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图2页(54)发明名称一种金属表面Cr/CrN/CrCN/Cr-DLC多层复合自润滑薄膜及其制备方法(57)摘要本发明属于表面处理的技术领域，公开了一种Cr/CrN/CrCN/Cr‑DLC多层复合自润滑薄膜及其制备方法。所述薄膜材料由依次叠加的Cr层、CrN层、梯度分布的CrCN层以及DLC层所构成。将预处理后的304不锈钢基体放入镀膜设备基体安装架上，以安装在炉体内壁上的高纯C靶和Cr靶作为碳源和相应金属掺杂的来源，将高纯氩气和乙炔通入真空室，其中氩气作为主要离化气体，乙炔为薄膜引入氢元素提升薄膜质量，采用了梯度过渡层的设计方法，不但提高了薄膜的结合力，又保证了薄膜的耐磨性能和减磨性能的提高。本发明的高适应能力的过渡层，有利于DLC薄膜在各类基材上的应用。CN114836715ACN114836715A权利要求书1/2页1.一种金属表面Cr/CrN/CrCN/Cr‑DLC多层复合自润滑薄膜，其特征在于：由基体材料、梯度过渡层和Cr‑DLC薄膜层和从下到上构成；所述梯度过渡层由依次叠加的Cr、CrN、梯度CrCN所构成，薄膜的基体材料为304不锈钢；所述梯度过渡层能提高膜基结合力，使得DLC薄膜能够附着在较软基体上，所述Cr‑DLC薄膜层的厚度为4～4.5μm，梯度过渡层的总厚度约为0.8～1μm。2.权利要求1所述金属表面Cr/CrN/CrCN/Cr‑DLC多层复合自润滑薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)对基体表面预处理，并将基体安装在基体安装架上；(2)在基体表面进行Cr元素轰击和Cr层沉积；(3)在Cr层上沉积CrN层；(4)在CrN层上沉积梯度CrCN层；(5)在CrCN层上沉积Cr‑DLC层。3.根据权利要求2所述金属表面Cr/CrN/CrCN/Cr‑DLC多层复合自润滑薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述基体预处理是将经过打磨、抛光处理后的基体放入超声波清洗设备中，在无水乙醇和丙酮中利用20～30kHz超声波进行清洗，清洗时间约为30分钟；然后在复合多功能离子镀膜设备中进行等离子体辉光清洗。4.根据权利要求3所述金属表面Cr/CrN/CrCN/Cr‑DLC多层复合自润滑薄膜的制备方法，其特征在于：等离子体辉光清洗为：将高纯Ar气体通过通入真空室，流量为70～80sccm，同时调节基体直流偏压为0V，脉冲偏压为500～700V，占空比为60％～80％，开启霍尔离子源，对基体进行25～30min的等离子体辉光清洗。5.根据权利要求2所述Cr/CrN/CrCN/Cr‑DLC多层复合自润滑薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)、(3)和(4)中，采用直流磁控溅射的方法进行沉积，步骤(5)中采用直流磁控溅射和射频磁控溅射共沉积的方法进行沉积。6.根据权利要求2所述Cr/CrN/CrCN/Cr‑DLC多层复合自润滑薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的轰击条件为真空度在1～1.5Pa，氩气的流量为35～40sccm，同时调节基体直流偏压为80～120V，脉冲偏压为500～700V，占空比为40％～60％，采用Cr靶，靶电流为2.2～2.5A；轰击时间为180～360s；步骤(2)中，所述的沉积条件为Cr靶电流为1.5～2A，基体直流偏压为80～120V，脉冲偏压为200～300V，占空比为15％～25％，沉积的时间为8～10min。7.根据权利要求2所述Cr/CrN/CrCN/Cr‑DLC多层复合自润滑薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的沉积条件为真空度在0.8～1.2Pa，氩气的流量为50～55sccm，氮气的流量为50～55sccm，在氩气和氮气的混合气氛中，同时调节基体直流偏压为80～120V，脉冲偏压为200～300V，占空比为15～25％，沉积时间为8～10min。8.根据权利要求2所述Cr/CrN/CrCN/Cr‑DLC多层复合自润滑薄膜的制备方法，其特征在于：步骤(4)中，所述沉积条件为真空度在0.4～1.2Pa，氩气流量为20～60sccm，氮气流量为15～40sccm，乙炔气体流量为15～40sccm，Cr靶电流为1.5～2A，基体直流偏压