专利名称：铝合金表面掺钛类金刚石膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金表面的保护膜，本发明还涉及这种保护膜的制备方法。
背景技术：
目前，公知的铝合金轮毂表面采取磷化膜和钝化膜作为保护膜。类金刚石DLC碳 膜具有许多与金刚石相似或相近的优良性能，硬度仅次于金刚石，可以作为优秀的耐磨防 护涂层；和CVD金刚石涂层相比，DLC是非晶态，没有晶界，这意味着涂层相当光滑致密，没 有晶界缺陷，抗磨损性能以及热导率高和化学性能稳定等，可以作为很好的耐腐蚀涂层。同 时又具有自身独特摩擦学特性，是一种非常有前途的材料。美国已将类金刚石薄膜材料列 为国家21世纪的战略材料之一。
发明内容
本发明的技术方案为铝合金表面掺钛类金刚石膜的结构为铝基体一Ti底层 —TiN层一Tic过渡层一Ti+类金刚石层一类金刚石层。类金刚石深层不是由某个单质组成，而是一种含有SP3和SP2键，几乎不含有SP1的 非晶碳涂层，在结构上属长程无序，而短程有序的结构，根据制备方法不同所生成碳涂层中 C原子键合方式(C-C或C-H)以SP3和SP2的含量比例不同。DLC涂层具有良好的化学稳定性和绝缘性，而且表面致密，又非晶态，没有晶界，在 腐蚀介质中其本身腐蚀速度极低，具有极强的耐腐蚀性能。本发明还提供了一种铝合金表面镀掺钛类金刚石(Ti-DLC)膜层的工艺，通入 99. 99%的高纯氩及99. 99%的高纯甲烷。轮毂用铝合金分别用金属清洗液清洗，烘干后放 进真空室，抽真空至5X10_3Pa，通氩气至5X10^3，用离子源结合偏压溅射清洗样片表面； 沉积时真空度为3乂10-中3，离子源离化甲烷成碳离子在试样上沉积DLC膜，同时利用磁控 溅射制备过渡层及实现掺杂。
结合附图和具体实施方式
对本发明做进一步说明。图1是Ti-DLC铝合金的俄歇成份深度分布曲线。图 2 是 Ti-DLC/S 截面 TEM 图。其中1-3层为钛层，4-9层为掺钛的类金刚石(DLC)层.
具体实施例方式本发明的技术方案为铝合金表面掺钛类金刚石膜的结构为铝基体一Ti底层 —TiN层一Tic过渡层一Ti+类金刚石层一类金刚石层。图1为Ti-DLC铝合金的俄歇成份深度分布曲线，界面过渡层清楚，依次为铝基体 —Ti底层一TiN层一Tic过渡层一Ti+类金刚石层一类金刚石层。
类金刚石深层不是由某个单质组成，而是一种含有SP3和SP2键，几乎不含有SP1的 非晶碳涂层，在结构上属长程无序，而短程有序的结构，根据制备方法不同所生成碳涂层中 C原子键合方式(C-C或C-H)以SP3和SP2的含量比例不同。类金刚石涂层具有良好的化学稳定性和绝缘性，而且表面致密，又非晶态，没有晶 界，在腐蚀介质中其本身腐蚀速度极低，具有极强的耐腐蚀性能。膜层与基体间热膨胀系数越大，膜层间残余应力越大，严重时导致涂层从衬底表 面脱落，即膜与基体结合力就越低，表达式为δ f = AaA TEf/I-Vf δ f为热应力，Δ a为涂层与基体热膨胀系数之差，Δ T为沉积温度与室温之差Ef 和Vf为基体张性模量和泊松比残余应为压应力。一般情况下，涂层内力，弹性模量与硬度 彼此成正比，因此硬度越大，内应力越大，这样涂层厚度与硬度之间有相反的关系。为了获 得最大涂层厚度，第一要保证涂层与衬底间具有良好的结合力，通过预处理，如抛光、研磨、 化学清洗和Ar离子和高能离子轰击衬底。第二添加碳化物过渡层或制成结构或成分梯度 层，释放内应力。第三可以制成多层结构，利用界面或韧性相释放内应力，采用基体/Ti/ TiN/TicN/TiC/DLC梯度过渡结合力优异。图2是Ti-DLC/S截面TEM图，可以明显观察到Si — Ti — DLC,可以清楚地分辨出 过渡层1-3，Ti层厚度极少，分辨不出来，掺杂Ti的DLC膜层4-9层总厚约为2. 9 μ m，4_9
层界面可分辨结合良好。本发明还提供了一种铝合金表面镀掺钛类金刚石(Ti-DLC)膜层的工艺，通入 99. 99%的高纯氩及99. 99%的高纯甲烷。轮毂用铝合金分别用金属清洗液清洗，烘干后放 进真空室，抽真空至5X10_3Pa，通氩气至5 X ICT1Pa,用离子源结合偏压溅射清洗样片表面； 沉积时真空度为3X ICT1Pa,离子源离化甲烷成碳离子在试样上沉积DLC膜，同时利用磁控 溅射制备过渡层及实现掺杂。
权利要求
铝合金表面掺钛类金刚石膜，其特征在于其结构为铝基体→Ti底层→TiN层→Tic过渡层→Ti+类金刚石层→类金刚石层。
2.铝合金表面镀掺钛类金刚石(Ti-DLC)膜层的制备工艺，其特征在于通入99.99% 的高纯氩及99. 99%的高纯甲烷。轮毂用铝合金分别用金属清洗液清洗，烘干后放进真空 室，抽真空至5X10-3Pa，通氩气至5 X ΙΟ-lPa，用离子源结合偏压溅射清洗样片表面；沉积 时真空度为3X ΙΟ-lPa，离子源离化甲烷成碳离子在试样上沉积DLC膜，同时利用磁控溅射 制备过渡层及实现掺杂。
全文摘要
本发明公开了一种铝合金表面掺钛类金刚石膜，结构为铝基体→Ti底层→TiN层→Tic过渡层→Ti+类金刚石层→类金刚石层。本发明还公开了制备该类金刚石膜的方法通入99.99％的高纯氩及99.99％的高纯甲烷。轮毂用铝合金分别用金属清洗液清洗，烘干后放进真空室，抽真空至5×10-3Pa，通氩气至5×10-1Pa，用离子源结合偏压溅射清洗样片表面；沉积时真空度为3×10-1Pa，离子源离化甲烷成碳离子在试样上沉积DLC膜，同时利用磁控溅射制备过渡层及实现掺杂。
文档编号C23C14/16GK101876053SQ20091030965
公开日2010年11月3日 申请日期2009年11月13日 优先权日2009年11月13日
发明者朱志华, 熊国源, 鄂俊强 申请人:中信戴卡轮毂制造股份有限公司