专利名称：在金属内表面制备类金刚石碳膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种在金属内表面制备类金刚石碳膜的方法，具体是利用等离子体化学气相沉积技术，在内表面方便地制备高硬度、低摩擦系数、良好的耐腐蚀性和低粘着力的类金刚石薄膜的方法。
背景技术：
类金刚石薄膜具有优异的力学、光学、电学、生物学、医学、摩擦学和良好的耐腐蚀性能，尤其是在环境友好和节能等方面体现出巨大的应用潜力。到目前为止，类金刚石薄膜已经在刀具、无油缝纫机、心脏瓣膜、磁盘等方面得到应用。这些应用都是在规则外表面制备类金刚石薄膜，可以通过溅射、电弧等技术在表面设计粘着层的方法来提高附着力。但是对于器件内壁，如发动机缸套、储油罐、排气管道、消音器等需要保护的地方都有可能用到类金刚石薄膜的地方，过渡层技术很难实现。而现有的气相沉积技术中，如等离子化学气相沉积、热丝辅助化学气相沉积、直流、射频、直流脉冲增强等离子体化学气相沉积等技术在管道内壁或塑料瓶内壁制备的薄膜结合力仍然不能满足实际需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在金属内表面制备类金刚石碳膜的方法。高功率脉冲电源是1999年发展起来的一种新型电源，离化率高达1019m_3，高能离子数增加(> IOOeV)。高功率脉冲电源激发的等离子体可以大大提高薄膜生长前躯体的能量，高功率脉冲施加于工件在初期或特定实施条件下可以地提高C离子的注入深度，在工件表层和亚表层数十到百纳米内和基地形成一层碳化物过渡层，随后通过改变实施条件，可以在工件表面生长一层梯度渐变、过渡缓慢的成分渐变类金刚石薄膜，很大成都上提高类金刚石薄膜在工件表面的结合强度。一种在金属内表面制备类金刚石碳膜的方法，其特征在于该方法步骤为:A金属管工件首先经行常规除油清洗；B清洗后的金属管工件直接放入高功率脉冲电源的真空沉积室并将真空室预抽至
2.0xKT3Pa 以下；C将金属管工件在Ar等离子体中进行清洗，时间10 20分钟；高功率脉冲偏压1000 2000VD清洗完毕后将甲烷或乙炔流量逐渐加大，Ar气流量保持不变，最终保持Ar气和甲烷或者乙炔的比例为1:1到1: 5之间，保持高功率脉冲偏压为800 2000V;持续30 120分钟后关闭电源和真空系统；自然冷却后在管道内壁得到高结合力类金刚石薄
膜。 本发明得到的高结合力类金刚石薄膜由基材亚表层、表层注入层和成分渐变类金刚石薄膜组成。
本发明的特点是:设备简单，操作流程短，整个过程中只需调整气氛和高功率脉冲电源的大小，可以处理任何形状的复杂工件。整个沉积过程中没有污染，符合国家节能减排的要求，属于环境友好的绿色真空镀膜。本发明能够在发动机缸套、储油罐内壁、排气管道、消音器等内壁沉积高结合力类金刚石薄膜。
具体实施例方式实 施例1取球墨铸铁直角弯管，其表面类金刚石薄膜由本征基体/亚表面注入层/表面注入层/类金刚石薄膜组成。处理工艺按照以下步骤进行:1)将球墨铸铁直角弯管进行常规除油清洗，然后在三氯甲烷溶液中依次进行超声清洗；(2)将球墨铸铁直角弯管置于沉积系统进行氩等离子体溅射清洗，氩气气压10 20Pa，偏压为1000 1600V，频率200 2000Hz, 15 20min ； (3)保持氩气流量不变，逐渐增加甲烷流量到系统气压35_50Pa，时间30 50min，偏压1000 2000V，频率200 2000Hz ；⑷保持(3)的条件不变，沉积30 120分钟后关闭系统，冷却后得到复合类金刚石薄膜。实施例2取不锈钢S弯管一根，其表面类金刚石薄膜由本征基体/亚表面注入层/表面注入层/类金刚石薄膜组成。处理工艺按照以下步骤进行:(I)将球墨铸铁直角弯管进行常规除油清洗，然后在三氯甲烷溶液中依次进行超声清洗；(2)将球墨铸铁直角弯管置于沉积系统进行氩等离子体溅射清洗，氩气气压10 20Pa，偏压为1000 1600V，频率200 2000Hz, 15 20min ； (3)保持氩气流量不变，逐渐增加乙炔流量到系统气压35_50Pa，时间20 40min，偏压1000 2000V，频率200 2000Hz ； (4)保持(3)的条件不变，沉积30 90分钟后关闭系统，冷却后得到复合类金刚石薄膜。
权利要求
1.一种在金属内表面制备类金刚石碳膜的方法，其特征在于该方法步骤为: A金属管工件首先经行常规除油清洗； B清洗后的金属管工件直接放入高功率脉冲电源的真空沉积室并将真空室预抽至`2.0xKT3Pa 以下； C将金属管工件在Ar等离子体中进行清洗，时间10 20分钟；高功率脉冲偏压1000 2000V D清洗完毕后将甲烷或乙炔流量逐渐加大，Ar气流量保持不变，最终保持Ar气和甲烷或者乙炔的比例为1:1到1: 5之间，保持高功率脉冲偏压为800 2000V ;持续30 120分钟后关闭电源和真空系统；自然`冷却后在管道内壁得到高结合力类金刚石薄膜。`
全文摘要
本发明公开了一种在金属内表面制备类金刚石碳膜的方法，具体是利用等离子体化学气相沉积技术，在内表面制备高硬度、低摩擦系数、良好的耐腐蚀性和低粘着力的类金刚石薄膜的方法。本发明能够在发动机缸套、储油罐内壁、排气管道、消音器等内壁沉积高结合力类金刚石薄膜。
文档编号C23C16/50GK103160801SQ201110427990
公开日2013年6月19日 申请日期2011年12月16日 优先权日2011年12月16日
发明者张俊彦, 张斌, 强力, 杨涛, 郑愉 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所