專利名稱：一種具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模具的制作方法，特別涉及一種具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法。
背景技術(shù)：
類金剛石碳(Diamond-Like Carbon，DLC)是指一系列主要以sp3鍵結(jié)結(jié)合的非晶態(tài)碳，根據(jù)其氫原子含量可將其分為非晶質(zhì)含氫類金剛石碳與非晶質(zhì)類金剛石碳。
由于類金剛石碳膜層具有與鉆石薄膜相似的高硬度、高導(dǎo)熱性、寬光學(xué)透過范圍、良好的電學(xué)性能、高表面光潔度以及良好的耐磨損性能等優(yōu)良特性，因此，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，尤其在一些抗磨損場合，如作為機(jī)械耐磨零組件、模具、刀具等的保護(hù)膜。模造過程中，模具通常需要承受較大的模壓力，其保護(hù)膜層的鍍覆是為了使所制造模具具有足夠的硬度及機(jī)械強(qiáng)度，以承受模造過程中的沖擊力，并且具有較好耐磨性，以利成型產(chǎn)品及避免表面刮傷。
目前應(yīng)用于模具的類金剛石碳膜層保護(hù)層多為單層含氫類金剛石碳膜層，所涉及的方法也多為單層類金剛石碳膜層的制作方法，但是單層含氫類金剛石碳膜層內(nèi)應(yīng)力大，膜的機(jī)械性能較差，與鋼材料基底附著不好等缺陷，會(huì)導(dǎo)致膜層迅速被磨損脫落，最終影響模具的使用壽命。
有鑒于此，提供一種具有與基底結(jié)合牢固，抗腐蝕性高，摩擦系數(shù)低，耐磨性強(qiáng)的多層類金剛石碳膜的模具的制作方法實(shí)屬必要。

發(fā)明內(nèi)容以下將以實(shí)施例說明一種具有與基底結(jié)合牢固，抗腐蝕性高，摩擦系數(shù)低，耐磨性強(qiáng)的多層類金剛石碳膜的模具的制作方法。
所述利用射頻濺鍍系統(tǒng)制作多層類金剛石碳膜的模具的方法包括以下步驟提供一射頻濺鍍系統(tǒng)，將一基底與一金屬靶材分別相對置于射頻濺鍍系統(tǒng)濺鍍腔內(nèi)；開啟射頻濺鍍系統(tǒng)，在一惰性氣體濺鍍氣氛下，在該基底上濺鍍一粘合層；在一惰性氣體與氮?dú)饣旌蠟R鍍氣氛下，在該粘合層上濺鍍一強(qiáng)化層；以一碳靶材替換該金屬靶材，在一惰性氣體與氮?dú)饣旌蠟R鍍氣氛下，控制氮?dú)獾暮浚趶?qiáng)化層上濺鍍一非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層；在一氮?dú)?、氫氣或含氫氣體、以及惰性氣體構(gòu)成的混合濺鍍氣氛下，控制氮?dú)?、氫氣或含氫氣體的含量，在該非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層上形成一非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝?；在一氫氣與惰性氣體的混合濺鍍氣氛下，控制氫氣的含量，在該非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝由闲纬梢环蔷з|(zhì)含氫類金剛石碳層。
上述制作方法，其優(yōu)點(diǎn)在于由射頻電源轟擊惰性氣體形成電漿的效率較高，并且減少了電弧的產(chǎn)生，由此而得的多層類金剛石碳膜的模具同時(shí)含有三種鍍覆質(zhì)量高的類金剛石碳膜層，其各層之間附著力強(qiáng)，并均具有良好的抗腐蝕性與耐磨性，應(yīng)用于模具時(shí)能提供良好的摩擦學(xué)性能，具有高硬度與高耐磨性，能有效延長模具使用壽命。

圖1是本實(shí)施例的具有多層類金剛石碳膜的模具結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實(shí)施例的射頻濺鍍裝置示意圖。
圖3是本實(shí)施例的具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對上述具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法作一步詳細(xì)說明。
請參閱圖1，本實(shí)施例所提供的制作具有多層類金剛石碳膜的模具10的方法所制作的具有多層類金剛石碳膜的模具10包括一基底101以及依次形成于該基底101上的一粘合層102、一強(qiáng)化層103、一非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層104、一非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝?05、一非晶質(zhì)含氫類金剛石碳層106。
該基底101的材質(zhì)可為鐵鉻碳合金、鐵鉻鉬碳合金、鐵鉻釩鉬碳合金或鐵鉻釩硅鉬碳合金。
該粘合層102的材質(zhì)可選自鉻、鈦或鈦化鉻，其厚度范圍為1～20納米，優(yōu)選為4～10納米。
該強(qiáng)化層103是的材質(zhì)選自氮化鉻、氮化鈦或氮化鈦鉻，其厚度范圍1～50納米，優(yōu)選為4～30納米。
該非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層104的厚度為1～50納米，優(yōu)選10～30納米。
該非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝?05的厚度為1～50納米，優(yōu)選10～30納米。
該非晶質(zhì)含氫類金剛石碳層106的厚度為1～50納米，優(yōu)選10～30納米。
請一并參閱圖1、圖2與圖3，本實(shí)施例提供一采用射頻濺鍍系統(tǒng)制作具有多層類金剛石碳膜的模具10的制作方法，射頻濺鍍系統(tǒng)可以是非磁控射頻濺鍍系統(tǒng)或磁控射頻濺鍍系統(tǒng)，它可以是單濺鍍腔射頻濺鍍系統(tǒng)或多濺鍍腔射頻濺鍍系統(tǒng)，本實(shí)施例選用單濺鍍腔磁控射頻濺鍍系統(tǒng)制作具有多層類金剛石碳膜層的模具10。
如圖2所示的射頻磁控濺鍍系統(tǒng)20，其包括一濺鍍腔30、一射頻電源32、一第一電極工作臺34、一第二電極工作臺36，其與第一電極工作臺成相對設(shè)置，該濺鍍腔30的腔體側(cè)壁上設(shè)置有一抽氣口51、一第一進(jìn)氣口52、及一第二進(jìn)氣口53，并分別通過一抽氣控制閥61、一第一進(jìn)氣控制閥62、及一第二進(jìn)氣控制閥63進(jìn)行氣流控制。該第二電極工作臺36具有多個(gè)磁極38，該射頻電源與第一電極工作臺34及第二電極工作臺36分別相連。
用射頻磁控濺鍍系統(tǒng)20制作具有多層類金剛石碳膜的模具10包括以下步驟第一步，采用射頻磁控濺鍍系統(tǒng)20在基底101上形成一粘合層102。
首先，將一基底101置于第一電極工作臺34上，將一金屬靶材40a置于第二電極工作臺36上，該金屬靶材40a可以是鉻、鈦或鈦化鉻，本實(shí)施例選用鉻。
其次，開啟抽氣控制閥61通過抽氣口51將濺鍍腔30內(nèi)抽為真空狀態(tài)，開啟第一進(jìn)氣控制閥62通過第一進(jìn)氣口52通入一惰性氣體，該惰性氣體可選用如氬氣、氪氣、氙氣、氡氣，本實(shí)施例選用氬氣。
然后，開啟射頻電源32，頻率采用13.56百萬赫茲，在兩電極之間發(fā)生輝光放電作用，輝光放電作用使濺鍍腔30中的氬氣發(fā)生電離形成電漿，電漿中的氬離子在電場作用下高速轟擊金屬靶材40a，產(chǎn)生二次電子，并使靶材表面濺射出原子。同時(shí)多個(gè)磁極38會(huì)產(chǎn)生磁力線在金屬靶材40a的表面形成一磁場區(qū)域，在磁場作用下使更多濺鍍原子順利到達(dá)基底101沉積于其上形成粘合層02?？刂茷R鍍時(shí)間，使基底101上形成的粘合層厚度為1～20納米，優(yōu)選為4～10納米，本實(shí)施例所形成的粘合層為鉻層。
第二步，在粘合層102上形成強(qiáng)化層103。原理類似于粘合層102的形成，仍然使用金屬靶材40a，不同之處是需要開啟第二進(jìn)氣控制閥63通過第二進(jìn)氣口53通入一氮?dú)?，形成惰性氣體與氮?dú)獾幕旌蠟R鍍氣氛。濺鍍過程中，由金屬靶材40a表面濺射出原子會(huì)與氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物最后沉積在粘合層102上。控制濺鍍時(shí)間，使粘合層102上形成的強(qiáng)化層103厚度為1～50納米，優(yōu)選4～30納米，本實(shí)施例所形成的強(qiáng)化層103為氮化鉻層。
第三步，在強(qiáng)化層103上形成非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層104。原理類似于粘合層102的形成，更換金屬靶材40a為一碳靶材40b，不同之處是仍需要開啟第二進(jìn)氣控制閥63通過第二進(jìn)氣口53通入一氮?dú)?，形成惰性氣體與氮?dú)獾幕旌蠟R鍍氣氛，通過調(diào)節(jié)第一進(jìn)氣控制閥62與第二進(jìn)氣控制閥63，使氮?dú)馑蓟旌蠚怏w體積比為2％～40％，優(yōu)選為5％～20％。如果使用多濺鍍腔射頻濺鍍系統(tǒng)，該金屬靶材40a與碳靶材40b將被分別置于兩個(gè)濺鍍腔體中，故可以通過將基底101移動(dòng)至放置有碳靶材40b的濺鍍腔內(nèi)來實(shí)現(xiàn)靶材的更換，再在放置碳靶材40b的濺鍍腔內(nèi)充入所需惰性氣體與氮?dú)獾幕旌蠟R鍍氣氛，也實(shí)現(xiàn)了濺鍍氣氛的更換。濺鍍過程中，由碳靶材40b表面濺射出原子會(huì)與氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物最后沉積于強(qiáng)化層103上?？刂茷R鍍時(shí)間，使在強(qiáng)化層103上形成的非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層104的厚度為1～50納米，優(yōu)選10～30納米，其氮含量為2％～40％。
第四步，在非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層104上形成非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝?05，原理類似于粘合層101的形成，使用碳靶材40b，不同之處是需要開啟第二進(jìn)氣控制閥63通過第二進(jìn)氣口53通入一氮?dú)浠旌蠚怏w，形成惰性氣體、氮?dú)?、氫氣或含氫氣體構(gòu)成的混合濺鍍氣氛，通過調(diào)節(jié)第一進(jìn)氣控制閥62與第二進(jìn)氣控制閥63，使氮?dú)馑蓟旌蠚怏w體積比為2％～10％，氫氣所占混合氣體體積比為5％～20％。如果使用多濺鍍腔射頻濺鍍系統(tǒng)，氮?dú)浠旌蠚怏w在惰性氣體的混合濺鍍氣氛可充入到另一個(gè)設(shè)有碳靶材40b的濺鍍腔體內(nèi)，故可以通過將基底101移動(dòng)至該濺鍍腔內(nèi)來實(shí)現(xiàn)了濺鍍氣氛的更換。濺鍍過程中，由碳靶材40b表面濺射出原子會(huì)與氮?dú)浠旌蠚怏w發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物最后沉積在非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層104上?？刂茷R鍍時(shí)間，使在非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層104上形成的非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝?05厚度為1～50納米，優(yōu)選10～30納米，其氮含量為2％～10％，氫含量為5％～20％。
第五步，在非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝?05上形成非晶質(zhì)含氫類金剛石碳層106。原理類似于粘合層101的形成，使用碳靶材40b，不同之處是需要開啟第二進(jìn)氣控制閥63通過第二進(jìn)氣口53通入一氫氣，形成惰性氣體與氫氣或含氫氣體的混合濺鍍氣氛，通過調(diào)節(jié)第一進(jìn)氣控制閥62與第二進(jìn)氣控制閥63，使氫氣或含氫氣體所占混合氣體體積比為5％～20％。如果使用多濺鍍腔射頻濺鍍系統(tǒng)，氫氣與惰性氣體的混合濺鍍氣氛可充入到另一個(gè)設(shè)有碳靶材40b的濺鍍腔體內(nèi)，故可以通過將基底101移動(dòng)至該濺鍍腔內(nèi)來實(shí)現(xiàn)濺鍍氣氛的更換。濺鍍過程中，由碳靶材40b表面濺射出原子會(huì)與氫氣發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物最后沉積在非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝?05上?？刂茷R鍍時(shí)間，使形成的非晶質(zhì)含氫類金剛石碳層106厚度為1～50納米，優(yōu)選10～30納米，其氫含量為2％～40％。
上述第四步與第五步中的氫氣或含氫氣體中，該含氫氣體可為甲烷或乙炔等。
上述制作具有多層類金剛石碳膜的模具的方法，其優(yōu)點(diǎn)在于使用射頻電源轟擊惰性氣體形成電漿的效率較高，并且減少了電弧的產(chǎn)生，由此濺鍍而得的多層類金剛石碳膜的模具同時(shí)含有三種鍍覆質(zhì)量高的類金剛石碳膜層，其各層之間附著力強(qiáng)，并均具有良好的抗腐蝕性與耐磨性，應(yīng)用于模具時(shí)能提供良好的摩擦學(xué)性能，具有高硬度與高耐磨性，能有效延長模具使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法，其包括以下步驟提供一射頻濺鍍系統(tǒng)，將一基底與一金屬靶材分別相對置于射頻濺鍍系統(tǒng)濺鍍腔內(nèi)；開啟射頻濺鍍系統(tǒng)，在一惰性氣體濺鍍氣氛下，在該基底上濺鍍一粘合層；在一惰性氣體與氮?dú)饣旌蠟R鍍氣氛下，在該粘合層上濺鍍一強(qiáng)化層；以一碳靶材替換該金屬靶材，在一惰性氣體與氮?dú)饣旌蠟R鍍氣氛下，控制氮?dú)夂?，在?qiáng)化層上濺鍍一非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層；在一氮?dú)?、氫氣或含氫氣體、以及惰性氣體的混合濺鍍氣氛下，控制氮?dú)馀c氫氣或含氫氣體在混合氣氛中的含量，在非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層上形成一非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝?；在一氫氣或含氫氣體、以及惰性氣體的混合濺鍍氣氛下，控制氫氣的含量，在非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝由闲纬梢环蔷з|(zhì)含氫類金剛石碳層。
2.如權(quán)利要求1所述具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法，其特征在于，所述射頻濺鍍系統(tǒng)是一無磁控射頻濺鍍腔系統(tǒng)或一磁控射頻濺鍍系統(tǒng)。
3.如權(quán)利要求1所述具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法，其特征在于，所述射頻濺鍍系統(tǒng)是一單濺鍍腔射頻系統(tǒng)或一多濺鍍腔射頻系統(tǒng)。
4.如權(quán)利要求1所述具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法，其特征在于，所述基底的材質(zhì)為鐵鉻碳合金、鐵鉻鉬碳合金、鐵鉻釩鉬碳合金或鐵鉻釩硅鉬碳合金。
5.如權(quán)利要求1所述具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法，其特征在于，所述金屬靶材材質(zhì)為鉻、鈦或鈦化鉻。
6.如權(quán)利要求1所述具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法，其特征在于，所述粘合層由鉻、鈦或鈦化鉻構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法，其特征在于，所述強(qiáng)化層由氮化鉻、氮化鈦或氮化鈦鉻構(gòu)成。
8.如權(quán)利要求1所述具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法，其特征在于，濺鍍該非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層時(shí)，濺鍍腔內(nèi)氮?dú)馑蓟旌蠚怏w體積比為2％～40％。
9.如權(quán)利要求1所述具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法，其特征在于，濺鍍該非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝訒r(shí)，濺鍍腔內(nèi)氮?dú)馑蓟旌蠚怏w體積比為2％～10％，氫氣或含氫氣體所占混合氣體體積比為5％～20％。
10.如權(quán)利要求1所述具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法，其特征在于，濺鍍該非晶質(zhì)含氫類金剛石碳層時(shí)，濺鍍腔內(nèi)氫氣或含氫氣體所占混合氣體體積比為5％～20％。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有多層類金剛石碳膜的模具的制作方法，其制作的多層類金剛石碳膜的模具包括一基底，該基底上依次形成一粘合層、一強(qiáng)化層、一非晶質(zhì)含氮類金剛石碳層、一非晶質(zhì)含氮?dú)漕惤饎偸紝?、一非晶質(zhì)含氫類金剛石碳層。該制作方法是采用射頻濺鍍沉積形成各膜層，各膜層沉積質(zhì)量高，彼此之間附著力強(qiáng)，所制作的具有多層類金剛石碳膜的模具具有良好的機(jī)械性能，高硬度與高耐磨性，良好的抗腐蝕性，低摩擦系數(shù)及長使用壽命。
文檔編號C23C14/06GK1970827SQ200510101790
公開日2007年5月30日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者陳杰良 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司