本發(fā)明涉及類金剛石涂層，尤其涉及一種超硬多層復(fù)合類金剛石涂層及其制備方法。
背景技術(shù)：
類金剛石涂層以其高硬度、超低摩擦系數(shù)、高抗磨性和耐腐蝕性等特點，在機(jī)械、電子、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。然而，類金剛石涂層也存在著自身的缺點，限制了其應(yīng)用。
目前，困擾研究者制備超厚類金剛石涂層的主要問題是：
1、類金剛石涂層與不銹鋼、鋁合金、鈦合金、銅和陶瓷等試樣基底表面的結(jié)合力較差，在磨損或腐蝕工況下極易脫落和失效；
2、通過各種制備方法獲得的類金剛石涂層普遍具有較高的內(nèi)應(yīng)力(有時高達(dá)10gpa)，當(dāng)涂層達(dá)到一定厚度時，大的壓應(yīng)力使涂層易于發(fā)生開裂剝落，限制了類金剛石涂層的沉積厚度。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明是為了解決上述不足，提供了一種超硬多層復(fù)合類金剛石涂層及其制備方法。
本發(fā)明的上述目的通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種超硬多層復(fù)合類金剛石涂層，其特征在于：該涂層依次由微鉆基體、底層粘接層、中間過渡層和表層構(gòu)成，所述底層粘接層為金屬鈦（ti）或金屬鉻（cr）層，所述中間過渡層為低硬度類金剛石膜，所述表層為復(fù)合金剛石涂層；所述復(fù)合金剛石涂層為鈦（ti）或氮氣（n2）摻雜類金剛石涂層。
所述底層粘接層厚度為0.3～0.5微米；所述中間過渡層厚度為0.2～0.3微米；所述表層厚度為1～2微米。
一種超硬多層復(fù)合類金剛石涂層的制備方法，其特征在于：將經(jīng)過常規(guī)前處理后的微鉆置于陰極過濾電弧-離子源-磁控濺射復(fù)合氣相沉積真空系統(tǒng)中，依次沉積以下多層梯度膜：
（1）磁控濺射鈦（ti）粘接層，將工件置于磁控濺射真空系統(tǒng)中，以金屬鈦（ti）靶為陰極，工作氣體為氬氣（ar），沉積時間5～15分鐘；工藝過程中，氬氣被離化成氬離子，高能量的氬離子轟擊鈦靶材表面，將表層的鈦原子轟離靶材表面，然后沉積到工件上；
（2）過濾陰極電弧離子源沉積低硬度、低應(yīng)力類金剛石層，石墨靶，真空度為10-4pa，時間為15～30分鐘；采用高脈沖偏壓電壓2000v，適當(dāng)縮短脈沖時間而增加電壓值，從而能夠獲得低應(yīng)力的類金剛石涂層，可以提高整個涂層和工件基體的粘結(jié)力；
（3）鈦（ti）或氮氣（n2）摻雜類金剛石梯度復(fù)合涂層沉積，通過摻雜，獲得高硬度和高結(jié)合力的涂層；
（3.1）沉積過程中，硬金剛石涂層工藝真空為5×10-4pa，無摻雜，1000～1500v的負(fù)脈沖偏壓，獲得純類金剛石涂層，硬度高，應(yīng)力高；
（3.2）沉積過程中，摻雜時的真空氣壓為0.5pa，微鉆樣品上施加1000～1500v的負(fù)脈沖偏壓；獲得摻雜類金剛石涂層，硬度低，應(yīng)力低；
通過重復(fù)（3.1）和（3.2）工藝步驟，工藝時間100～200分鐘，最后，在微鉆上獲得多層類金剛石復(fù)合涂層。
本發(fā)明超硬多層類金剛石復(fù)合涂層，干摩擦系數(shù)低于0.12，同普通鎢鋼微鉆相比，壽命可以延長一倍。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點是：
1、采用本發(fā)明制得的超硬多層類金剛石復(fù)合涂層與基體牢固結(jié)合，具有優(yōu)異的抗磨與自潤滑性能。其特點在于多層結(jié)構(gòu)提供了良好的支撐和界面結(jié)合，克服了常規(guī)類金剛石薄膜內(nèi)應(yīng)力高、附著力差、承載能力弱等缺點。
2、本發(fā)明的微鉆涂層加工方法屬于真空等離子范疇，綠色環(huán)保，不會對環(huán)境造成污染。所采用的復(fù)合工藝穩(wěn)定，可實現(xiàn)批量生產(chǎn)，具有很好的應(yīng)用價值。
附圖說明
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進(jìn)一步詳述。
如圖1所示，一種超硬多層復(fù)合類金剛石涂層，其特征在于：該涂層依次由微鉆基體1、底層粘接層2、中間過渡層3和表層4構(gòu)成，所述底層粘接層2為金屬鈦（ti）或金屬鉻（cr）層，所述中間過渡層3為低硬度類金剛石膜，所述表層4為復(fù)合金剛石涂層；所述復(fù)合金剛石涂層為鈦（ti）或氮氣（n2）摻雜類金剛石涂層。
所述底層粘接層2厚度為0.3～0.5微米；所述中間過渡層3厚度為0.2～0.3微米；所述表層4厚度為1～2微米。
一種超硬多層復(fù)合類金剛石涂層的制備方法，其特征在于：將經(jīng)過常規(guī)前處理后的微鉆置于陰極過濾電弧-離子源-磁控濺射復(fù)合氣相沉積真空系統(tǒng)中，依次沉積以下多層梯度膜：
（1）磁控濺射鈦（ti）粘接層，將工件置于磁控濺射真空系統(tǒng)中，以金屬鈦（ti）靶為陰極，工作氣體為氬氣（ar），沉積時間5～15分鐘；工藝過程中，氬氣被離化成氬離子，高能量的氬離子轟擊鈦靶材表面，將表層的鈦原子轟離靶材表面，然后沉積到工件上；
（2）過濾陰極電弧離子源沉積低硬度、低應(yīng)力類金剛石層，石墨靶，真空度為10-4pa，時間為15～30分鐘；采用高脈沖偏壓電壓2000v，適當(dāng)縮短脈沖時間而增加電壓值，從而能夠獲得低應(yīng)力的類金剛石涂層，可以提高整個涂層和工件基體的粘結(jié)力；
（3）鈦（ti）或氮氣（n2）摻雜類金剛石梯度復(fù)合涂層沉積，通過摻雜，獲得高硬度和高結(jié)合力的涂層；
（3.1）沉積過程中，硬金剛石涂層工藝真空為5×10-4pa，無摻雜，1000～1500v的負(fù)脈沖偏壓，獲得純類金剛石涂層，硬度高，應(yīng)力高；
（3.2）沉積過程中，摻雜時的真空氣壓為0.5pa，微鉆樣品上施加1000～1500v的負(fù)脈沖偏壓；獲得摻雜類金剛石涂層，硬度低，應(yīng)力低；
通過重復(fù)（3.1）和（3.2）工藝步驟，工藝時間100～200分鐘，最后，在微鉆上獲得多層類金剛石復(fù)合涂層。
以上所述僅為本發(fā)明的實施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及實施例內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。