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    一種材料表面Ni-DLC涂層及其制備方法技術(shù)
    
                            
    技術(shù)編號：42890457 閱讀：20 留言：0更新日期：2024-09-30 15:10
    
                        
    
                        
    
                            
                            本發(fā)明專利技術(shù)屬于材料表面處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種材料表面Ni?DLC涂層及其制備方法。在基體/工件表面依次沉積金屬Ni層以及Ni?DLC層，Ni?DLC層的厚度為0.1～3.0微米。本發(fā)明專利技術(shù)采用電弧離子鍍或磁控濺射技術(shù)來制備Ni層以及Ni?DLC層，在制備Ni?DLC層過程中同時開啟熱絲或離子源，促進氣體的離化，提高等離子體密度和涂層致密度。所制備的Ni?DLC涂層不僅具有較高的納米硬度(15GPa以上)，而且具有較低的摩擦因數(shù)，尤其是適用于超低溫摩擦領(lǐng)域，在?40～?160℃條件下摩擦因數(shù)不高于0.1。
    
                            
                            
    


    
                            

                            
    【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
    
                                
    本專利技術(shù)屬于材料表面處理，具體涉及一種材料表面ni-dlc涂層及其制備方法。

    技術(shù)介紹
    1、隨著船舶、直升機和深海管道等在海洋環(huán)境下的磨蝕問題日益凸顯，亟需提高其緊固連接件等關(guān)鍵零部件耐磨蝕性能。30crmnsia、35crmoa等合金結(jié)構(gòu)鋼是目前普遍使用的高強度連接材料，但其在高濕度和強風(fēng)浪的海洋環(huán)境下易被腐蝕和磨損，使用壽命短，無法滿足長時間服役要求。因此，目前十分迫切的需要一種長效耐磨蝕防護涂層對海洋裝備的關(guān)鍵零部件進行保護，以提升裝備安全性和可靠度。
    2、類金剛石(diamond-like?carbon,dlc)涂層最早是在1971年由美國asienberg和chabot在室溫條件下用離子束沉積法制得，是含有金剛石相的非晶態(tài)碳涂層，經(jīng)歷50多年的研究歷程，dlc涂層的制備技術(shù)、分析測試手段不斷發(fā)展。dlc中的碳原子主要以sp3雜化鍵(金剛石結(jié)構(gòu))和sp2雜化鍵(石墨結(jié)構(gòu))結(jié)合，因此dlc兼具金剛石和石墨的特點，具有高硬度、低摩擦系數(shù)、化學(xué)惰性和熱膨脹系數(shù)小、耐磨損和耐腐蝕等優(yōu)異的特性，是提高海洋工程裝備零部件摩擦學(xué)性能和耐腐蝕性能的優(yōu)選材料。但是，dlc涂層存在著親水性、韌性差、內(nèi)應(yīng)力大和膜基結(jié)合強度不足的缺陷，限制了其優(yōu)異耐磨和耐蝕性能的發(fā)揮。

    技術(shù)實現(xiàn)思路
    1、針對現(xiàn)有涂層材料制備技術(shù)的不足，本專利技術(shù)的目的是提供一種材料表面ni-dlc涂層及其制備方法，使ni-dlc涂層不僅具有較高的硬度，而且具有一定的韌性，尤其是具有較好的耐磨性與耐腐蝕性能。
    2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)的技術(shù)方案為：
    3、一種材料表面ni-dlc涂層，在基體表面依次沉積金屬ni層以及ni-dlc層，ni層的厚度為0.1～0.2微米，ni-dlc層的厚度為0.3～3.0微米。
    4、所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，包括以下步驟：
    5、s1、對基體/工件表面預(yù)處理：將待鍍基體或工件進行研磨/噴砂/拋光、超聲清洗、吹干后置于真空室內(nèi)的基體/工件架上；
    6、s2、離子轟擊濺射清洗：利用離子源或熱絲產(chǎn)生的氣體離子對預(yù)處理后的基體/工件表面進行離子轟擊濺射清洗20～50分鐘，以去除表面污染物及氧化層；
    7、s3、過渡層沉積：采用磁控濺射方式或電弧離子鍍方式，在離子轟擊濺射清洗后的基體/工件表面沉積金屬ni層以形成過渡層；
    8、s4、ni-dlc層沉積：采用磁控濺射方式或電弧離子鍍方式，對過渡層表面進一步沉積ni-dlc層；
    9、s5、沉積結(jié)束后，停基體脈沖負偏壓、停止通入氣體、關(guān)閉磁控濺射靶電源或電弧靶電源，繼續(xù)抽真空，基體/工件隨爐冷卻至80℃以下，打開真空室，取出基體/工件，鍍膜過程結(jié)束。
    10、所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，步驟s1對基體/工件表面預(yù)處理，依次用240#、400#、800#、1200#、1500#、2000#砂紙研磨，隨后采用w1.5金剛石研磨膏進行鏡面拋光或采用噴砂機對其表面進行噴砂處理，將拋光或噴砂處理后的基體/工件分別在丙酮和無水乙醇中超聲清洗5～20min，隨后使用干燥氬氣吹干。
    11、所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，步驟s3過渡層沉積，采用磁控濺射方式，采用ni磁控平面靶，并通入氬氣，氬氣的流量20～60sccm，工作氣壓保持在0.3pa～1.0pa，基體偏壓-50～-250v，靶平均電流0.1～0.4a，沉積時間5～10min；
    12、或者，步驟s3過渡層沉積，采用電弧離子鍍方式，采用ni圓柱靶，并通入氬氣，氣壓調(diào)整為0.5～1.5pa，開啟ni圓柱靶，靶電流70～120a，基體偏壓-40～-200v，在離子轟擊濺射清洗后的基體/工件表面沉積金屬ni層以形成過渡層，沉積時間為5～10分鐘。
    13、所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，在步驟s3采用磁控濺射方式沉積過渡層前，進行靶材預(yù)濺射，平均電流0.1～0.3a，持續(xù)時間1～3min；或者，在步驟s3采用電弧離子鍍方式沉積過渡層前，進行靶材預(yù)清洗，平均電流50～70a，持續(xù)時間1～3min。
    14、所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，步驟s4對于ni-dlc層沉積，采用磁控濺射方式，采用ni磁控平面靶和石墨磁控平面靶，并通入氬氣，氬氣的流量40～90sccm，工作氣壓保持在0.3pa～1.0pa，基體偏壓-30～-280v，石墨磁控平面靶的靶平均電流0.3～0.7a，ni磁控平面靶的靶平均電流0.1～0.3a，沉積時間30～240min。
    15、所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，步驟s4對于ni-dlc層沉積，采用電弧離子鍍方式，采用ni圓柱靶和石墨圓柱靶，并通入氬氣，調(diào)整氬氣的流量80～120sccm，工作氣壓保持在0.5～1.5pa，基體偏壓-50～-200v，開啟ni圓柱靶和石墨圓柱靶，靶電流分別為60～120a和40～90a，沉積時間30～120min。
    16、所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，步驟s4對于ni-dlc層沉積，采用磁控濺射方式，采用ni磁控平面靶，并通入氬氣，氬氣的流量40～90sccm，通入甲烷或乙炔氣體，甲烷或乙炔流量20～60sccm，工作氣壓保持在0.3pa～1.0pa，基體偏壓-30～-280v，ni磁控平面靶平均電流0.1～0.3a，沉積時間30～240min。
    17、所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，步驟s4對于ni-dlc層沉積，采用電弧離子鍍方式，采用ni圓柱靶，并通入氬氣，氬氣的流量40～90sccm，通入甲烷或乙炔氣體，甲烷或乙炔流量20～60sccm，工作氣壓保持在0.5pa～1.5pa，基體偏壓-30～-200v，ni圓柱靶電流為60～120a，沉積時間30～120min。
    18、所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，其特征在于，ni-dlc涂層的納米硬度在15gpa以上，靜態(tài)水接觸角為120°～140°，在-40～-160℃條件下摩擦因數(shù)不高于0.1。
    19、本專利技術(shù)的設(shè)計思想是：
    20、本專利技術(shù)通過在傳統(tǒng)的dlc涂層中摻雜具有良好耐腐蝕性能及塑性好的ni元素，不僅可提高dlc涂層的韌性、耐磨及耐腐蝕性能，而且可采用不同的制備技術(shù)如磁控濺射及電弧離子鍍，可分別利用不同技術(shù)的優(yōu)勢制備處不同需求(含氫或不含氫)的高性能涂層，更為重要的是，制備的涂層可在零下溫度下使用，且具有較低的摩擦系數(shù)，大大拓展了傳統(tǒng)dlc涂層的使用范圍。
    21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)的優(yōu)點及有益效果是：
    22、1、本專利技術(shù)采用磁控濺射方法來濺射ni靶沉積含ni層，采用濺射石墨靶提供c源，同時在沉積過程中通入氬氣或氬氣/含碳氣體混合氣體，通過開啟燈絲或陽極層離子源或其它離子源來進一步提升真空室內(nèi)的等離子體密度，制備出的ni-dlc涂層不僅具有較高的硬度和耐磨性能，而且具有較高的靜態(tài)水接觸角。
    23、2、本專利技術(shù)本文檔來自技高網(wǎng)...
                            
    
                            
    【技術(shù)保護點】
    
                                
    1.一種材料表面Ni-DLC涂層，其特征在于，在基體表面依次沉積金屬Ni層以及Ni-DLC層，Ni層的厚度為0.1～0.2微米，Ni-DLC層的厚度為0.3～3.0微米。
    2.一種權(quán)利要求1所述的材料表面Ni-DLC涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
    3.按照權(quán)利要求2所述的材料表面Ni-DLC涂層的制備方法，其特征在于，步驟S1對基體/工件表面預(yù)處理，依次用240#、400#、800#、1200#、1500#、2000#砂紙研磨，隨后采用W1.5金剛石研磨膏進行鏡面拋光或采用噴砂機對其表面進行噴砂處理，將拋光或噴砂處理后的基體/工件分別在丙酮和無水乙醇中超聲清洗5～20min，隨后使用干燥氬氣吹干。
    4.按照權(quán)利要求2所述的材料表面Ni-DLC涂層的制備方法，其特征在于，步驟S3過渡層沉積，采用磁控濺射方式，采用Ni磁控平面靶，并通入氬氣，氬氣的流量20～60sccm，工作氣壓保持在0.3Pa～1.0Pa，基體偏壓-50～-250V，靶平均電流0.1～0.4A，沉積時間5～10min；
    5.按照權(quán)利要求2所述的材料表面Ni-DLC涂層的制備方法，其特征在于，在步驟S3采用磁控濺射方式沉積過渡層前，進行靶材預(yù)濺射，平均電流0.1～0.3A，持續(xù)時間1～3min；或者，在步驟S3采用電弧離子鍍方式沉積過渡層前，進行靶材預(yù)清洗，平均電流50～70A，持續(xù)時間1～3min。
    6.按照權(quán)利要求2所述的材料表面Ni-DLC涂層的制備方法，其特征在于，步驟S4對于Ni-DLC層沉積，采用磁控濺射方式，采用Ni磁控平面靶和石墨磁控平面靶，并通入氬氣，氬氣的流量40～90sccm，工作氣壓保持在0.3Pa～1.0Pa，基體偏壓-30～-280V，石墨磁控平面靶的靶平均電流0.3～0.7A，Ni磁控平面靶的靶平均電流0.1～0.3A，沉積時間30～240min。
    7.按照權(quán)利要求2所述的材料表面Ni-DLC涂層的制備方法，其特征在于，步驟S4對于Ni-DLC層沉積，采用電弧離子鍍方式，采用Ni圓柱靶和石墨圓柱靶，并通入氬氣，調(diào)整氬氣的流量80～120sccm，工作氣壓保持在0.5～1.5Pa，基體偏壓-50～-200V，開啟Ni圓柱靶和石墨圓柱靶，靶電流分別為60～120A和40～90A，沉積時間30～120min。
    8.按照權(quán)利要求2所述的材料表面Ni-DLC涂層的制備方法，其特征在于，步驟S4對于Ni-DLC層沉積，采用磁控濺射方式，采用Ni磁控平面靶，并通入氬氣，氬氣的流量40～90sccm，通入甲烷或乙炔氣體，甲烷或乙炔流量20～60sccm，工作氣壓保持在0.3Pa～1.0Pa，基體偏壓-30～-280V，Ni磁控平面靶平均電流0.1～0.3A，沉積時間30～240min。
    9.按照權(quán)利要求2所述的材料表面Ni-DLC涂層的制備方法，其特征在于，步驟S4對于Ni-DLC層沉積，采用電弧離子鍍方式，采用Ni圓柱靶，并通入氬氣，氬氣的流量40～90sccm，通入甲烷或乙炔氣體，甲烷或乙炔流量20～60sccm，工作氣壓保持在0.5Pa～1.5Pa，基體偏壓-30～-200V，Ni圓柱靶電流為60～120A，沉積時間30～120min。
    10.按照權(quán)利要求2至9之一所述的材料表面Ni-DLC涂層的制備方法，其特征在于，Ni-DLC涂層的納米硬度在15GPa以上，靜態(tài)水接觸角為120°～140°，在-40～-160℃條件下摩擦因數(shù)不高于0.1。
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    【技術(shù)特征摘要】
    
                                
    1.一種材料表面ni-dlc涂層，其特征在于，在基體表面依次沉積金屬ni層以及ni-dlc層，ni層的厚度為0.1～0.2微米，ni-dlc層的厚度為0.3～3.0微米。
    2.一種權(quán)利要求1所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
    3.按照權(quán)利要求2所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，其特征在于，步驟s1對基體/工件表面預(yù)處理，依次用240#、400#、800#、1200#、1500#、2000#砂紙研磨，隨后采用w1.5金剛石研磨膏進行鏡面拋光或采用噴砂機對其表面進行噴砂處理，將拋光或噴砂處理后的基體/工件分別在丙酮和無水乙醇中超聲清洗5～20min，隨后使用干燥氬氣吹干。
    4.按照權(quán)利要求2所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，其特征在于，步驟s3過渡層沉積，采用磁控濺射方式，采用ni磁控平面靶，并通入氬氣，氬氣的流量20～60sccm，工作氣壓保持在0.3pa～1.0pa，基體偏壓-50～-250v，靶平均電流0.1～0.4a，沉積時間5～10min；
    5.按照權(quán)利要求2所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，其特征在于，在步驟s3采用磁控濺射方式沉積過渡層前，進行靶材預(yù)濺射，平均電流0.1～0.3a，持續(xù)時間1～3min；或者，在步驟s3采用電弧離子鍍方式沉積過渡層前，進行靶材預(yù)清洗，平均電流50～70a，持續(xù)時間1～3min。
    6.按照權(quán)利要求2所述的材料表面ni-dlc涂層的制備方法，其特征在于，步驟s4對于ni-dlc層沉積，采用磁控濺射方式，采用ni磁控平面靶和石墨磁控平面靶，并通入氬氣，氬氣的流量40～90sccm，工作氣壓保持在0.3pa～1.0pa，基體...
                            
    
                            
    【專利技術(shù)屬性】
    
                                技術(shù)研發(fā)人員：趙彥輝，徐焱良，苗景國，王向紅，
    
        申請(專利權(quán))人：上海電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，
    
        類型：發(fā)明
    
        國別省市：
    
                            
    
                            
                        
    
                    
    
                    
                    
                     
                
    
                
                
    
                    
    
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