专利名称：一种在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种在合金表面制备类金刚石膜的方法。
背景技术：
TiNi合金具有独特的形状记忆效应和超弹性，较好的耐腐性和生物相容 性使其在生物医学领域有着非常广泛的应用前景。TiNi合金表面之所以具有较 好的抗腐蚀性和生物相容性是因为其表面自发地形成了一层致密的Ti02钝化 层，但这种自发形成的氧化膜薄(2 20rnn)且易脱落。在环境复杂的血液中 发生钝化层的局部腐蚀，且其愈合的过程非常缓慢，从而导致腐蚀现象发生。
类金刚石(DLC)膜由于拥有低的摩擦系数、高的耐磨性、良好的化学惰 性和生物相容性。但是由于DLC膜与TiNi合金基体之间的晶格不匹配，会在 TiNi合金基体与DLC膜之间形成大的残余应力，导致膜层脱落。
发明内容
本发明是为了解决现有TiNi合金表面的防腐膜存在容易脱落及难以在 TiNi合金基体表面制备类金刚石(DLC)膜的问题，而提供一种在TiNi合金 表面制备类金刚石膜的方法。
本发明在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法按如下步骤进行 一、将 TiNi合金基体表面均进行机械抛光，再以丙酮或酒精作为超声波介质振荡清洗 20min，晾干后立即放入真空度为5xlO—3Pa的真空室；二、用2V电压的碳阴 极弧源在石墨表面引燃电弧，TiNi合金基体放置在石墨的靶向位置上，控制脉 冲电压为10 30kV，脉冲电压占空比为3%~5%，脉冲电压频率为50 70Hz， 工作气压为2xl0—2 8xl0—2Pa;即在TiNi合金表面形成DLC膜。
步骤一中作为超声波介质的丙酮或酒精为分析纯，步骤二中的工作气压是 通过氩气来控制的。
本发明的工作原理为脉冲电压在石墨靶前形成高势垒(10 30keV)，电 弧的高温使石墨靶上的碳挥发，挥发的碳通过靶前的高势垒作用下发生离化， 形成C+离子。当脉冲电压为空时，C+离子就在初始能量的作用下沉积到基体表面；当脉冲电压为占时，C+离子就在初始能量和基体脉冲电压的作用下注入 到基体，通过调整不同的工艺参数(脉冲电压10 30kV，工作气压
2xlO—2 8xlO—2Pa)，从而实现注入和沉积交替进行并在TiNi合金表面形成DLC 膜。
本发明方法制备的DLC膜具有结合力高、良好的抗腐蚀性和生物相容性。
图1为具体实施方式
六在TiNi合金表面制备的DLC膜的拉曼(Raman) 光谱图；图2为具体实施方式
六在TiNi合金表面制备的DLC膜的划痕曲线； 图3为具体实施方式
六TiNi合金表面制备的DLC膜划痕形貌。
具体实施例方式
具体实施方式
一本实施方式在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法按 如下步骤进行 一、将TiNi合金基体表面均进行机械抛光，再以丙酮或酒精 作为超声波介质振荡清洗20min，晾干后立即放入真空度为5xl(^Pa的真空室； 二、用2V电压的碳阴极弧源在石墨表面引燃电弧，TiNi合金基体放置在石墨 的靶向位置上，控制脉冲电压为10 30kV，脉冲电压占空比为3% 5%，脉冲 电压频率为50 70Hz，工作气压为2xl(T2 8xlO-2Pa;即在TiNi合金表面形成 DLC膜。
本实施方式中脉冲电压形成的高势垒为10 30keV。
具体实施方式
二本实施方式与具体实施方式
一的不同点为步骤一中作
为超声波介质的丙酮或酒精为分析纯。其它步骤及参数与具体实施方式
一相 同。
具体实施方式
三本实施方式与具体实施方式
一的不同点为步骤二中的
控制脉冲电压为15~25kV，脉冲电压占空比为3.5%~4.5%，脉冲电压频率为 55 65Hz，工作气压为4xl(^ 6xl0—^a。其它步骤及参数与具体实施方式
一相 同。
本实施方式中脉冲电压形成的高势垒为15~25keV。
具体实施方式
四本实施方式与具体实施方式
一的不同点为步骤二中的 控制脉冲电压为20kV，脉冲电压占空比为4%，脉冲电压频率为60Hz，工作 气压为5xlO—2Pa。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。本实施方式中脉冲电压形成的高势垒为20 keV。
具体实施方式
五本实施方式与具体实施方式
一的不同点为步骤二中的 工作气压是通过氩气来控制的。其它步骤及参数与具体实施方式
一相同。
具体实施方式
六本实施方式在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法按 如下步骤进行 一、将TiNi合金基体表面均进行机械抛光，再以丙酮或酒精
作为超声波介质振荡清洗20min，晾干后立即放入真空度为5xl0—spa的真空室； 二、用2V电压的碳阴极弧源在石墨表面引燃电弧，TiNi合金基体放置在石墨 的靶向位置上，控制脉冲电压为28kV，脉冲电压占空比为4%，脉冲电压频率 为60Hz，工作气压为5xlO—2Pa;即在TiNi合金表面形成DLC膜。
本实施方式步骤二中的工作气压是通过氩气来控制的。
本实施方式中脉冲电压形成的高势垒为28keV。
本实施方式在TiNi合金表面制备的类金刚石膜用Raman光谱进行测试， 图谱如图1所示，图1可以看出Raman光谱在1100 1800cm—1之间有个宽峰， 说明本实施方式制备的DLC膜具有DLC膜的特性；采用日本RHESCACo丄TD 生产的CSR-01型划痕实验机对本实施方式在TiNi合金表面制备的DLC膜进 行划痕测试，测试结果如图2和图3所示，从图l可以看出，即便施加载荷达 到了设备上限100N，仍未发现摩擦阻力急剧增大的现象。同时，从图3中也 可以看到，在整个划擦过程中针尖一直在薄膜表面滑动，没有与基体相接触， 而且薄膜也没有出现裂纹集中与大面积开裂的现象，这就说明膜与基体间的结 合强度非常高，超出了设备的检测范围。
权利要求
1. 一种在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法，其特征在于在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法按如下步骤进行一、将TiNi合金基体表面均进行机械抛光，再以丙酮或酒精作为超声波介质振荡清洗20min，晾干后立即放入真空度为5×10-3Pa的真空室；二、用2V电压的碳阴极弧源在石墨表面引燃电弧，TiNi合金基体放置在石墨的靶向位置上，控制脉冲电压为10～30kV，脉冲电压占空比为3％～5％，脉冲电压频率为50～70Hz，工作气压为2×10-2～8×10-2Pa；即在TiNi合金表面形成DLC膜。
2. 根据权利要求1所述的一种在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法， 其特征在于步骤一中作为超声波介质的丙酮或酒精为分析纯。
3. 根据权利要求1所述的一种在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法， 其特征在于步骤二中的控制脉冲电压为15 25kV，脉冲电压占空比为 3.5% 4.5%，脉冲电压频率为55 65Hz，工作气压为4xl(T2 6xlO—2Pa。
4. 根据权利要求1所述的一种在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法， 其特征在于步骤二中的控制脉冲电压为20kV，脉冲电压占空比为4%，脉冲电 压频率为60Hz，工作气压为5xl(T2Pa。
5. 根据权利要求1所述的一种在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法， 其特征在于步骤二中的工作气压是通过氩气来控制的。
全文摘要
一种在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法，它涉及一种在合金表面制备类金刚石膜的方法。本发明解决了现有TiNi合金表面的防腐膜存在容易脱落及难以在TiNi合金基体表面制备类金刚石膜的问题。本发明在TiNi合金表面制备类金刚石膜的方法按如下步骤进行一、将TiNi合金基体表面均进行机械抛光，再以超声波振荡清洗，晾干后立即放入真空室；二、用碳阴极电弧在石墨靶表面移动，控制脉冲电压和工作气压；即在TiNi合金表面形成DLC膜。本发明在TiNi合金表面制备的类金刚石膜与基体的结合力高。
文档编号C23C14/54GK101298657SQ200810064609
公开日2008年11月5日 申请日期2008年5月28日 优先权日2008年5月28日
发明者伟 蔡, 隋解和, 高智勇 申请人:哈尔滨工业大学