柱塞表面类金刚石薄膜批量化沉积方法
【专利摘要】本发明涉及一种在柱塞表面类金刚石薄膜批量化沉积方法，多层多组分类金刚石薄膜组成Cr+CrTi+CrTiN+CrTi/CrTiC+CrTiC/DLC；采用多靶脉冲磁控溅射方法，经过超声波清洗和真空系统中氩等离子体溅射清洗柱塞；溅射沉积Cr+CrTi层；反应磁控溅射沉积CrTiN+CrTi/CrTiC梯度层层；反应溅射溅射CrTiC/DLC功能层，最后在柱塞表面形成类金刚石薄膜。
【专利说明】柱塞表面类金刚石薄膜批量化沉积方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在柱塞表面类金刚石薄膜批量化沉积方法，属于真空表面处理和材料表面保护领域。
【背景技术】
[0002]进入上个世纪90年代以来，大城市80%以上的二氧化碳和40%的氮氧化物来自于机动车排放，快速增长的机动车保有量对大气环境质量造成的威胁主要表现在两个方面:一是机动车数量的快速增长所引发的大气污染物排放量呈增长趋势，给城市大气环境质量带来较大的压力；二是大量低于国I标准的高排放汽车在上路行驶，其单车污染物排放量约为国III标准汽车的14倍，这部分车辆污染物排放量大，污染程度高。因此，如何开展机动车节能减排成为目前急需解决的重大课题。柱塞作为油泵的关键偶件，常见的问题就是磨损，进而导致配合表面沟痕深度大于配合间隙，引起漏油量大，供油量减少，油压不足，雾化不良，最终导致发动机运转不平衡，气缸与活塞磨损增加，油泵零件磨损增加，油耗增加，排气冒烟。要想使机动车节省能量、减少排放量，就必须消除柱塞偶见的磨损，缩小配合间隙。
[0003]目前国II及以下标准都实用裸件，欧III以上都实用表面TiN处理的柱塞，类金刚石薄膜的摩擦系数约为TiN的1/6。也就是说如果应用类金刚石薄膜处理的柱塞，摩擦损耗将降低5/6，同时会降低对偶件的磨损。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种柱塞表面批量化类金刚石薄膜沉积方法。
[0005]为实现上述目的，本发明提供的技术方案是:
采用多靶脉冲磁控溅射方法，经过超声波清洗和真空系统中氩等离子体溅射清洗柱塞；溅射沉积Cr+CrTi层；反应磁控溅射沉积CrTiN+CrTi/CrTiC梯度层层；反应溅射溅射CrTiC/DLC功能层，最后在柱塞表面形成类金刚石薄膜；具体为:
采用多靶磁空溅射设备，由四对靶均匀分布组成的真空沉积装置，其中1、3位置为Cr靶，2、4位置为Ti靶。其中一对Cr靶由一台100_200KHz可调的双极脉冲电源供电，其他三个靶都由40KHz的中频双极脉冲电源供电，制备多层多组分类金刚石薄膜，其组成Cr+CrT i+CrTiN+CrTi/CrTiC+CrTiC/DLC。
[0006]在整个镀膜过程中，Ar气作为维持气体，N2、和CH4分别用来制备不同的功能层。
[0007]在整个镀膜过程中，由一台脉冲偏压电源给工件提供能量。
[0008]在镀膜初期，由偏压电源和100-200KHZ可调的双极脉冲电源的Cr靶为工件提供清洗。
[0009]在镀膜过程中，由其中一对Cr和一对Ti靶制备CrTi+CrTiN层，由另外一对靶制备 CrTi/CrTiC+CrTiC/DLC 层。
[0010]在镀膜过程中，控制N2/ (N2+Ar)流量比来制备CrTi+CrTiN层；控制CH4/ (CH4+Ar)流量比来制备CrTi/CrTiC+CrTiC/DLC成分渐变功能层。
[0011]在镀膜过程中，通过控制工件台转速实现均匀镀膜，圆度差小于±0.05。
[0012]在镀膜过程中，通过温控水冷装置实现冷却，控制镀膜温度低于160°C。
[0013]在镀膜完成后，待真空腔温度降低至50°C以后开腔取出样品。
【具体实施方式】
[0014]实施例1:
采用多靶磁空溅射设备，由四对靶均匀分布组成的真空沉积装置，其中1、3位置为Cr靶，2、4位置为Ti靶。其中一对Cr靶由一台100_200KHz可调的双极脉冲电源供电，其他三个靶都由40KHz的中频双极脉冲电源供电，制备多层多组分类金刚石薄膜，其组成Cr+CrT i+CrTiN+CrTi/CrTiC+CrTiC/DLC。[0015]清洗:除油一漂洗一(除锈一漂洗一中和)漂洗一漂洗一脱水(工业酒精或去离子水加热90 0C )
本底真空抽至3xl0_3 Pa ;打开1、3号靶，靶1、3分别为Cr、Ti靶，调节靶电流分别为6A、10A, Ar流量160 sccm,偏压800V,沉积40min ;充入50 sccmN气体，Cr祀调整电流10A,Ti靶调整电流10A，偏压300V，沉积120min ;关闭N2气体，关闭1、2号靶，打开3、4号靶，甲烷流量以lOsccm/min的增长速率，增加到200sCCm，偏压600V，沉积180分钟；关闭系统，自
然冷却至室温取出。
【权利要求】
1.一种柱塞表面类金刚石薄膜批量化沉积方法，其特征在于采用多靶脉冲磁控溅射方法，经过超声波清洗和真空系统中氩等离子体溅射清洗柱塞；溅射沉积Cr+CrTi层；反应磁控溅射沉积CrTiN+CrTi/CrTiC梯度层层；反应溅射溅射CrTiC/DLC功能层，最后在柱塞表面形成类金刚石薄膜；具体为: 采用多靶磁空溅射设备，由四对靶均匀分布组成的真空沉积装置，其中1、3位置为Cr靶，2、4位置为Ti靶；其中一对Cr靶由一台100_200ΚΗζ可调的双极脉冲电源供电，其他三个靶都由40ΚΗζ的中频双极脉冲电源供电，制备多层多组分类金刚石薄膜，其组成Cr+CrT i+CrTiN+CrTi/CrTiC+CrTiC/DLC。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于整个镀膜过程中，Ar气作为维持气体，N2、和CH4分别用来制备不同的功能层。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于整个镀膜过程中，由一台脉冲偏压电源给工件提供能量。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于在镀膜初期，由偏压电源和100-200KHZ可调的双极脉冲电源的Cr靶为工件提供清洗。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于在镀膜过程中，由其中一对Cr和一对Ti靶制备 CrTi+CrTiN 层，由另外一对靶制备 CrTi/CrTiC+CrTiC/DLC 层。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于在镀膜过程中，控制N2/(N2+Ar)流量比来制备CrTi+CrTiN层；控制CH4/ CH4+Ar流量比来制备CrTi/CrTiC+CrTiC/DLC成分渐变功能层。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于在镀膜过程中，通过控制工件台转速实现均匀镀膜，圆度差小于±0.05。
8.如权利要求1所述的方法，其`特征在于在镀膜过程中，通过温控水冷装置实现冷却，控制镀膜温度低于160°C。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于在镀膜完成后，待真空腔温度降低至50°C以后开腔取出样品。
【文档编号】C23C14/35GK103866251SQ201210550894
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2012年12月18日 优先权日:2012年12月18日
【发明者】张俊彦, 张斌 申请人:中国科学院兰州化学物理研究所