1:9)，甲烷占气体总体积的10%，控制整体气压1.5Pa ;设置离子源功率为0.8KW，磁控溅射功率IKW ;将基体的偏压设置为300V，沉积时间为2.5小时；
5、关闭电源，待真空室温度降至室温，打开真空室取出基体，该基体表面形成超强韧碳基涂层。
[0022]所形成的涂层中，碳化物形成金属元素铬的原子百分比含量为10%、弱碳化物形成金属元素钴的原子百分比含量为15%，碳元素的原子百分比含量为75%;涂层中，碳元素以无定形碳形式存在，形成碳无定形网络，碳化物形成金属元素与碳结合形成碳化物纳米颗粒，其粒径大小为5~10nm，弱碳化物形成金属元素以金属态纳米颗粒存在，其粒径大小为5~10nm ;碳化物纳米颗粒和金属纳米颗粒镶嵌在碳无定形网络结构中，颗粒与颗粒之间由无定形碳分离，颗粒之间平均间距为15nm。
[0023]实施例3按下列步骤实现本发明: 1、复合镀膜机准备:本实施选择采用的离子束复合磁控溅射镀膜机，包括一个真空室、两个磁控溅射源、一个离子源和同时能旋转的工件支架，工件支架安装在真空室内部；在两个磁控溅射源分别装载纯度为99.99%的钨靶和纯度为99.99%镍靶；
2、样品(基体)预清洗处理:利用酒精超声波清洗待镀膜样品(基体)，然后用去离子水漂洗，用干燥压缩空气吹干；
3、在真空室中利用离子束刻蚀清洗样品表面:将基体置于真空室的工件支架上，将真空室抽真空至4.0X 10_3Pa，开启离子源，向离子源通入50sccm氩气，设置离子源功率0.7KW，设置工件支架偏压600V，工作时间为30分钟；
4、钨和镍金属掺杂超强韧碳基涂层制备:同时开启离子源、装备有单质钨靶的磁控溅射、装备有单质镍靶的磁控溅射，同时向真空室通入乙炔和氩气(乙炔与氩气的体积比例为4:6)，乙炔占气体总体积的40%，控制整体气压0.8Pa ;设置离子源功率为0.8KW，磁控溅射功率1.5KW ;将基体的偏压设置为100V，沉积时间为3小时；
5、关闭电源，待真空室温度降至室温，打开真空室取出基体，该基体表面形成超强韧碳基涂层。
[0024]所形成的涂层中，碳化物形成金属元素钨的原子百分比含量为12%、弱碳化物形成金属元素镍的原子百分比含量为5%，碳元素的原子百分比含量为83%;涂层中，碳元素以无定形碳形式存在，形成碳无定形网络，碳化物形成金属元素与碳结合形成碳化物纳米颗粒，其粒径大小为5~10nm，弱碳化物形成金属元素以金属态纳米颗粒存在，其粒径大小为5~10nm ;碳化物纳米颗粒和金属纳米颗粒镶嵌在碳无定形网络结构中，颗粒与颗粒之间由无定形碳分离，颗粒之间平均间距为20nm。
[0025]实施例4按下列步骤实现本发明:
1、复合镀膜机准备:本实施选择采用的离子束复合磁控溅射镀膜机，包括一个真空室、两个磁控溅射源、一个离子源和同时能旋转的工件支架，工件支架安装在真空室内部；在两个磁控溅射源分别装载纯度为99.99%的钨靶和纯度为99.99%的铜靶；
2、样品(基体)预清洗处理:利用酒精超声波清洗待镀膜样品(基体)，然后用去离子水漂洗，用干燥压缩空气吹干；
3、在真空室中利用离子束刻蚀清洗样品表面:将基体置于真空室的工件支架上，将真空室抽真空至3.5X 10_3Pa，开启离子源，向离子源通入90sccm氩气，设置离子源功率0.8KW，设置工件支架偏压500V，工作时间为30分钟；
4、钨和铜金属掺杂超强韧碳基涂层制备:同时开启离子源、装备有单质钨靶的磁控溅射、装备有单质铜靶的磁控溅射，同时向真空室通入甲烷和氩气(甲烷与氩气的体积比例为
2:8)甲烷占气体总体积的20%，控制整体气压2Pa ;设置离子源功率为1KW，磁控溅射功率2KW ;将基体的偏压设置为200V，沉积时间为2小时；
5、关闭电源，待真空室温度降至室温，打开真空室取出基体，该基体表面形成超强韧碳基涂层。
[0026]所形成的涂层中，碳化物形成金属元素钨的原子百分比含量为5%、弱碳化物形成金属元素铜的原子百分比含量为10%，碳元素的原子百分比含量为85%;涂层中，碳元素以无定形碳形式存在，形成碳无定形网络，碳化物形成金属元素与碳结合形成碳化物纳米颗粒，其粒径大小为5~10nm，弱碳化物形成金属元素以金属态纳米颗粒存在，其粒径大小为5~10nm ;碳化物纳米颗粒和金属纳米颗粒镶嵌在碳无定形网络结构中，颗粒与颗粒之间由无定形碳分离，颗粒之间平均间距为18nm。
【主权项】
1.一种超强韧碳基涂层，其特征在于:该涂层由碳元素、碳化物形成金属元素、弱碳化物形成金属元素组成，涂层中，碳化物形成金属元素的原子百分比含量为5~20%、弱碳化物形成金属元素的原子百分比含量为5~20%，余量为碳元素；涂层中，碳元素以无定形碳形式存在，形成碳无定形网络，碳化物形成金属元素与碳结合形成碳化物纳米颗粒，其粒径大小为5~10nm，弱碳化物形成金属元素以金属态纳米颗粒存在，其粒径大小为5~10nm ;碳化物纳米颗粒和金属纳米颗粒镶嵌在碳无定形网络结构中，颗粒与颗粒之间由无定形碳分离，颗粒之间平均间距为10~20nmo2.根据权利要求1所述的超强韧碳基涂层，其特征在于:所述碳化物金属元素为钛或络或鹤。3.根据权利要求1所述的超强韧碳基涂层，其特征在于:所述弱碳化物形成元素为铜或钴或镍。4.一种权利要求1所述的超强韧碳基涂层的制备方法，其特征在于:采用离子束复合磁控溅射镀膜机进行，所述离子束复合磁控溅射镀膜机由一个真空室、两个磁控溅射源、一个离子源和能同时旋转的工件支架组成，工件支架安装在真空室内部，所述两个磁控溅射源均能装载不同的金属靶材，所述碳基涂层制备的具体步骤如下: (O离子束刻蚀:将基体置于真空室的工件支架上，真空室抽真空至真空度5.0X 10 3Pa以下，开启离子源，向离子源通入50~100sccm氩气，设置离子源功率0.6-0.8KW，设置工件支架偏压500~800V，工作时间为30分钟； (2)沉积超强韧碳基涂层:同时开启离子源、两个磁控溅射源，两个磁控溅射源分别装载不同的、纯度大于99.99%的单质金属靶材；同时向真空室通入气态烃和氩气，控制真空室整体气压0.8~2Pa ;设置离子源功率为0.8-1KW,磁控溅射功率1~2KW ;将基体的偏压设置为100~300V，沉积时间为2~3小时； (3)关闭电源，待真空室温度降至室温，打开真空室取出基体，在基体表面形成的涂层即为所述超强韧碳基涂层； 其中，步骤(2)所述单质金属靶材为:单质钛靶或单质铬靶或单质钨靶或单质铜靶或单质钴靶或单质镍靶；所述气态烃为乙炔或甲烷气体。5.根据权利要求4所述超强韧碳基涂层的制备方法，其特征在于:所述步骤(2)中，两个磁控溅射源分别装载不同的、纯度大于99.99%的单质金属靶材的方式是:一个磁控溅射源装载纯度大于99.99%的单质钛靶或纯度大于99.99%的单质铬靶或纯度大于99.99%的单质鹤革E，另一个磁控派射源装载纯度大于99.99%的单质铜革E或纯度大于99.99%的单质钴靶或纯度大于99.99%的单质镍靶。6.根据权利要求4所述超强韧碳基涂层的制备方法，其特征在于:所述气态烃与氩气的体积比例为1~4:9~6。7.根据权利要求4所述超强韧碳基涂层的制备方法，其特征在于:该方法还包括如下预处理步骤:在离子束刻蚀步骤前，利用酒精超声波清洗基体，然后用去离子水漂洗，再用干燥压缩空气吹干。
【专利摘要】本发明公开了一种超强韧碳基表面防护涂层，该涂层是由碳元素、碳化物形成金属元素、弱碳化物形成金属元素组成，涂层中，碳元素以无定形形式存在，形成碳无定形网络，碳化物形成金属元素与碳结合形成碳化物纳米颗粒，弱碳化物形成金属元素以金属态纳米颗粒存在，碳化物纳米颗粒和金属纳米颗粒镶嵌在碳无定形网络结构中，颗粒与颗粒之间由无定形碳分离；在制备时，通过在碳基涂层中同时引入碳化物金属元素和弱碳化物金属元素，可在提高涂层硬度、降低应力的同时，增强涂层的柔韧性和附着力，改善涂层抗摩擦磨损性能和热稳定性能，使得涂层更适用于更苛刻的应用环境，实现更佳的表面防护效果。
【IPC分类】C23C14/46, C23C14/35, C23C14/06
【公开号】CN104928639
【申请号】CN201510334225
【发明人】代伟, 王启民, 刘景茂
【申请人】广东工业大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月16日