一種磁控濺射含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于物理氣相沉積技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁控濺射含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]類石墨碳膜作為非晶碳膜的一種，它是指以sp2雜化碳鍵的一類碳基薄膜的統(tǒng)稱，類石墨碳膜具有熱穩(wěn)定好、承載能力高的特點(diǎn)，但采用傳統(tǒng)磁控濺射方法制備的類石墨碳月旲具有尚脆性，尚殘余應(yīng)力、尚溫潤滑性差及結(jié)合力差等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種磁控濺射含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜的制備方法，在濺射靶材中加入不同含量的改性元素，有效降低了類石墨碳膜的摩擦系數(shù)，提高了類石墨碳膜的承載能力和高溫耐磨性能。
[0004]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
[0005]—種磁控濺射含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0006]步驟1:濺射前處理
[0007]采用超聲波對不銹鋼試樣表面進(jìn)行除蠟、除油清洗各10?15min，再用丙酮試劑漂洗干凈后，風(fēng)干或烘干，基體表面是一個(gè)完全清潔的表面；
[0008]步驟2:安裝基片
[0009]將平面碳靶作為碳元素的來源，采用鑲嵌法將Ag和Y鑲塊按比例嵌入碳靶，比例按照所制備產(chǎn)品規(guī)格確定，其中Ag和Y純度分別為99.9%，碳靶純度為99.9%，平面碳靶以對靶的方式安裝在爐體內(nèi)壁;將平面Cr靶作為Cr元素的來源，Cr靶純度為99.9 %，平面Cr靶以對靶的方式安裝在爐體內(nèi)壁，試樣安裝在試驗(yàn)架上，防止落塵、吸潮；
[0010]步驟3:濺射成膜
[0011](I)基體表面處理:用分子栗抽真空至2 X 10-3?8 X 10—3Pa，濺射清洗基體表面，偏壓:100?700V，工裝旋轉(zhuǎn)速度:I?20r/min，通過等離子濺射清洗得到潔凈的基體金屬層；
[0012](2)基體表面緩沖層的制備:調(diào)節(jié)Cr濺射靶的濺射電流為2.0?7.0A，偏壓120?170V，濺射時(shí)間為10?30分鐘，在金屬表面制備Cr緩沖層，緩沖層的膜層厚度為0.2?0.6μm；
[0013](3)銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜的制備:緩沖層Cr鍍完后，Cr靶和碳靶同時(shí)濺射，碳靶濺射電流15.0?30.0A，Cr靶的濺射電流為2.0?7.0A，偏壓120?170V，濺射時(shí)間300?360分鐘，在Cr緩沖層上制備含有Ag和Y超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜層，其中Ag和Y超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜層中Ag含量為0.5?30%、Y含量為I?6%，C含量為1.5?98.5%，含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜，膜層厚度為2?7μπι。
[0014]本發(fā)明超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜的制備工藝簡單，所制備的膜層具有低的內(nèi)應(yīng)力，膜層均勻致密，耐磨性好，緩沖層Cr可以提高超低類石墨碳膜膜基結(jié)合強(qiáng)度，塑性軟質(zhì)元素Ag添加降低了超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜的摩擦系數(shù)，Y元素加入提高了膜層致密性、承載能力及高溫耐磨性。
[0015]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜具有高硬度、低摩擦系數(shù)及優(yōu)良的環(huán)境適應(yīng)能力，有效地降低了類石墨碳膜的摩擦系數(shù)，提高了超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜的承載能力和高溫耐磨性能，Ag是一種過渡金屬元素，質(zhì)軟，富有延展性，能提高類石墨碳膜的膜基結(jié)合力，顯著降低類石墨碳膜的摩擦系數(shù)和磨損率，改善類石墨碳膜的減摩、高溫耐磨性能，稀土元素Y可以使膜層組織細(xì)化且致密，改變類石墨碳膜的結(jié)構(gòu)取向，添加稀土元素后類石墨碳膜的晶粒細(xì)小，更容易發(fā)生塑性變形，使應(yīng)力得以釋放。緩沖層Cr的制備可以使含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜膜層處的應(yīng)力得以緩解，大大減少了膜層的內(nèi)應(yīng)力，所制備的膜層致密均勻，膜層由納米微粒團(tuán)簇形成，耐磨試驗(yàn)結(jié)果表明:原始類石墨碳膜磨損率為2 X 10—17?8 X 10—17m3/N.m，結(jié)合強(qiáng)度大于60N，原始類石墨碳膜與不銹鋼對磨2個(gè)小時(shí)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜磨損率為I X 10—18?9X1-1WN.m，結(jié)合強(qiáng)度大于76.5N，含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜與不銹鋼對磨4個(gè)小無明顯磨損，采用本發(fā)明處理不銹鋼產(chǎn)品耐磨性大幅度提高。
[0016]本發(fā)明提供了一種全新的含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜磁控濺射制備方法，通過加入改性元素，提高了類石墨碳膜的自潤滑性及結(jié)合力，降低了膜層內(nèi)應(yīng)力，所制備的膜層均勻致密，具有較低的摩擦系數(shù)及耐磨性，特別適應(yīng)高溫耐磨環(huán)境，為其在傳動(dòng)件上的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0017]圖1是含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜表面形貌圖。
[0018]圖2是原始類石墨碳膜表面形貌圖。
[0019]圖3是含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜磨損率形貌圖。
[0020]圖4是原始類石墨碳膜磨損率形貌圖。
[0021]圖5是含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜摩擦系數(shù)曲線。
[0022]圖6是原始類石墨碳膜摩擦系數(shù)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0023 ]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)敘述。
[0024]—種磁控濺射含銀超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0025]步驟1:濺射前處理
[0026]采用超聲波對35mmX 35mmX 5mm的不銹鋼試樣表面進(jìn)行除錯(cuò)、除油清洗各10?15min，再用丙酮試劑漂洗干凈后，風(fēng)干或烘干，基體表面是一個(gè)完全清潔的表面，磁控濺射鍍膜的基體表面必須是一個(gè)完全清潔的表面，才能有效避免膜層成分不受污染，有效保障超低摩擦系數(shù)類石墨碳膜的膜基結(jié)合強(qiáng)度和膜層綜合性能。
[0027]步驟2:安裝基片
[0028]將革E材尺寸為475mmX115mmX 12mm的平面碳革E作為碳元素的來源，采用鑲嵌法將Ag和Y鑲塊按比例嵌入碳靶，比例按照所制備產(chǎn)品規(guī)格確定，其中Ag和Y純度分別為99.9%,碳革El純度為99.9%，平面碳革El以對革El的方式安裝在爐體內(nèi)壁，革El材尺寸為475mmX 115mmX12mm的平面Cr靶作為Cr元素的來源，Cr靶純度為99.9 %，平面Cr靶以對靶的方式安裝在爐體內(nèi)壁，試樣安裝在試驗(yàn)架上，防止落塵、吸潮；
[0029]步驟3:濺射成膜
[0030](I)基體表面處理:用分子栗抽真空至2 X 10—3?8 X 10—3Pa，濺射清洗基體表面，偏壓:100?700V，工裝旋轉(zhuǎn)速度:I?20r/min，通過等離子濺射清洗得到潔凈的基體金屬層；[0031 ] (2)基體表面緩沖層的制備:調(diào)解Cr濺射靶的濺射電流為2.0?7.0A，偏壓120?170V，濺射時(shí)間為10?30分鐘，在金屬表面制備Cr緩沖層，緩沖層的膜層厚度為0.2?0.6μm，緩沖層的制備可以降低內(nèi)應(yīng)力，提高膜層的結(jié)合強(qiáng)度；
[0032](3)含銀超低摩擦系