专利名称：掺硅无氢类金刚石薄膜的镀制方法
技术领域：
本发明涉及金属材料的表面处理，具体地说是一种掺硅无氢类金刚石薄膜 的镀制方法。
背景技术：
掺硅无氢类金刚石薄膜由于具有比类金刚石薄膜低的内应力，提高了薄膜 的韧性，同时也保持了类金刚石薄膜高硬度、低摩擦系数的性能优点，适用于 精密工件耐磨损表面处理。沉积掺硅无氢类金刚石薄膜必须采用硅或含硅的材 料作为靶材，薄膜中的硅含量较难控制，因此，沉积掺硅无氢类金刚石薄膜研 究进展比较缓慢。掺硅含氢类金刚石薄膜的沉积相对容易实现，沉积掺硅含氢 类金刚石薄膜过程中通入含硅气体硅烷即可，通过控制硅垸的流量改变含氢类 金刚石薄膜中硅的含量。但由于含氢类金刚石薄膜本身硬度比效低，内应力相 对也较低，在大气条件下的耐磨损性能相对较差，因此，含氢类金刚石薄膜中 掺硅后在大气条件下的耐磨损性能也不如掺硅无氢类金刚石薄膜。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种掺硅无氢类金刚石薄 膜的镀制方法，它采用含硅石墨作为靶材，利用脉冲电弧离子镀技术，镀制的 掺硅无氢类金刚石薄膜，不但保持了类金刚石薄膜高硬度和低摩系数的性能特 点，又大大提高了耐磨损性能，降低了薄膜的内应力，增强了薄膜的韧性，解 决了无氢类金刚石薄膜内应力高的难题，广泛应用于硅和各种金属材料工件的 表面处理。
实现本发明的技术方案是 一种掺硅无氢类金刚石薄膜的镀制方法，其特 征在于包括下列步骤
1、 将金属工件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空。
2、 将氩气通入真空室，并保持真空度的稳定，然后开启工件转盘、离子
源将金属工件表面清洗和活化。
3、 关闭氩气和离子源，开启电弧源在金属工件表面沉积掺硅无氢类金刚 石薄膜。
4、 关闭工件转盘，并保持真空一定时间后取出镀膜工件。 所述真空室的真空度优于5X10,a。
所述真空室通入氩气时，真空度应稳定在3. 2X 10—3Pa 4. 9X 10—3Pa。 所述离子源的工作电压为2. 0kV 3. OkV，工作时间为10min 30min。 所述电弧源的阴极材料为含硅石墨靶材，其硅原子含量为10%。 所述电弧源的放电脉冲数控制为100000 300000次，放电频率为8Hz。 所述保持真空的时间为30min以上。
本发明采用含硅石墨作为靶材，利用脉冲电弧离子镀技术，镀制的掺硅无 氢类金刚石薄膜内应力低，大大提高了薄膜的韧性和耐磨损性能，它工艺简单， 操作方便，重复性好，可广泛用于硅和各类金属工件表面耐磨损处理，适用于
规模生产。
具体实施方式
实施例1
1、 将已加工好的金属工件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘 上并抽真空，其真空度优于5X10—3pa。
2、 通入氩气，并保持真空度稳定在3.2X10—3Pa，然后开启工件转盘、离 子源清洗和活化金属表面，离子源的工作电压为3.0kV，工作时间为10min。
3、 关闭氩气，将电弧源的放电频率设定为8Hz，放电脉冲数为100000次， 电弧源阴极材料为含硅石墨靶材，靶材中硅原子含量为10%，在金属工件表面 沉积掺硅无氢类金刚石薄膜。
4、 关闭工件转盘，在工件转盘停止旋转后仍保持真空30min以后，打开 真空室取出镀膜工件。
实施例2
1、 将已加工好的金属工件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘 上并抽真空，其真空度优于5X10—3Pa。
2、 通入氩气，并保持真空度稳定在4.2X10—3Pa，然后开启工件转盘、离 子源清洗和活化金属表面，离子源的工作电压为2.5kV，工作时间为20min。
3、 关闭氩气，将电弧源的放电频率设定为8Hz，放电脉冲数为200000次， 电弧源阴极材料为含硅石墨靶材，靶材中硅原子含量为10%，在金属工件表面 沉积掺硅无氢类金刚石薄膜。
4、 关闭工件转盘，在工件转盘停止旋转后仍保持真空60min以后，打开 真空室取出镀膜工件。
实施例3
1、 将已加工好的金属工件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘 上并抽真空，其真空度优于5X10—3Pa。
2、 通入氩气，并保持真空度稳定在3.2Xl(TPa，然后开启工件转盘、离 子源清洗和活化金属表面，离子源的工作电压为2.0kV，工作时间为30min。
3、 关闭氩气，将电弧源的放电频率设定为8Hz，放电脉冲数为300000次， 电弧源阴极材料为含硅石墨靶材，靶材中硅原子含量为10%，在金属工件表面
沉积掺硅无氢类金刚石薄膜。
4、关闭工件转盘，在工件转盘停止旋转后仍保持真空30min以后，打开 真空室取出镀膜工件。
权利要求
1、一种掺硅无氢类金刚石薄膜的镀制方法，其特征在于包括下列步骤a.将金属工件固定在电弧离子镀膜设备真空室内的工件转盘上并抽真空；b.将氩气通入真空室，并保持真空度的稳定，然后开启工件转盘、离子源将金属工件表面清洗和活化；c.关闭氩气和离子源，开启电弧源在金属工件表面沉积掺硅无氢类金刚石薄膜；d.关闭工件转盘，并保持真空一定时间后取出镀膜工件。
2、 根据权利要求1所述掺硅无氢类金刚石薄膜的镀制方法，其特征在于所 述真空室的真空度优于5X10—3Pa。
3、 根据权利要求1所述掺硅无氢类金刚石薄膜的镀制方法，其特征在于所 述真空室通入氩气时，真空度应稳定在3. 2X 10—3Pa 4. 9X l(TPa。
4、 根据权利要求1所述掺硅无氢类金刚石薄膜的镀制方法，其特征在于所 述离子源的工作电压为2. 0kV 3. OkV，工作时间为10min 30min。
5、 根据权利要求1所述掺硅无氢类金刚石薄膜的镀制方法，其特征在于所 述电弧源的阴极材料为含硅石墨靶材，其硅原子含量为10%。
6、 根据权利要求1所述掺硅无氢类金刚石薄膜的镀制方法，其特征在于所 述电弧源的放电脉冲数控制为100000 300000次，放电频率为8Hz。
7、 根据权利要求1所述掺硅无氢类金刚石薄膜的镀制方法，其特征在于所 述保持真空的时间为30min以上。
全文摘要
本发明公开了一种掺硅无氢类金刚石薄膜的镀制方法，特点是采用含硅石墨作为靶材，利用脉冲电弧离子镀技术在金属表面镀制类金刚石薄膜，其具体步骤包括将金属工件表面离子清洗和活化、镀制掺硅无氢类金刚石薄膜。本发明镀制的掺硅无氢类金刚石薄膜内应力低，大大提高了薄膜的韧性和耐磨损性能，它工艺简单，操作方便，重复性好，可广泛用于硅和各类金属工件表面耐磨损处理，适用于规模生产。
文档编号C23C14/06GK101109064SQ20071004487
公开日2008年1月23日 申请日期2007年8月15日 优先权日2007年8月15日
发明者妮 任, 武生虎, 肖更竭, 赵栋才, 马占吉 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所