一种超硬自润滑金刚石/类金刚石复合多层涂层材料及制备方法

摘要

本发明涉及一种工具涂层材料及制备方法，属于材料制备及应用技术领域。所述材料为具有超硬自润滑特性的金刚石/类金刚石复合多层涂层材料。所述方法其特征在于，首先利用酸、碱混合液分别对基体进行预处理，然后采用热丝化学气相沉积在基体上合成超高硬度、晶形良好的金刚石作为复合涂层的主体，再利用磁过滤真空阴极电弧在金刚石主体上沉积高硬度的类金刚石薄膜作为自润滑表层。为了提高金刚石薄膜和基体、类金刚石薄膜和金刚石薄膜之间的结合力，各层之间分别镀制了一层过渡层。所述方法具有工艺简单、合成条件精确可控、成膜质量高、产品收率高、成本低廉等优点，所获得的金刚石/类金刚石复合多层材料具有超高硬度、极低摩擦因数和极低磨损率，表现出优异的自润滑抗摩擦磨损性能，对工具或模具在苛刻服役条件下的应用具有重要意义。

主权项

超硬自润滑金刚石/类金刚石复合多层材料的制备方法，其特征在于，所述方法采用热丝化学气相沉积在预处理过的基体上合成超高硬度、晶形良好的金刚石作为复合涂层的主体，再利用磁过滤真空阴极电弧在金刚石膜主体上沉积高硬度的类金刚石薄膜作为自润滑表层，包括以下步骤：(1)对高速钢、不锈钢、硬质合金或者金属陶瓷基体材料进行适当的机械加工，做成完全符合工业使用标准的工具或模具形状；(2)对基体依次进行自来水、包括酒精的有机混合溶剂、酸‑碱处理液、高纯水‑超声波、丙酮‑超声波多步清洗和预处理，然后晾干，备用；其中，酸‑碱处理液分别为1∶1∶1摩尔比的HF+HNO3+HAc混合酸和1∶1质量比的K3(Fe(CN)6)+KOH混合碱溶液；(3)将清洗和预处理后的基体放入热丝CVD沉积装置真空室中，先利用热丝CVD沉积一定厚度的SiC、SiCN、TiC、TiN中的任何一种为过渡层以增强涂层附着力；随后，采用含碳气源和氢气作为工作气体沉积金刚石薄膜；(4)将沉积有金刚石膜的基体放入磁过滤阴极电弧真空室中，抽真空到本底真空度，先用氩离子轰击清洗表面吸附的杂质，然后溅射沉积一层Ti、Zr或Cr中一种或者多种作为过渡层，再利用石墨靶作为碳源，电弧烧蚀产生C+离子，C+离子在负偏压作用下沉积得到一定厚度的类金刚石薄膜作为自润滑表层。