一种提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构及方法与流程

本发明涉及薄膜材料，尤其是涉及一种提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构及方法。

背景技术：

1、pvd表面处理技术已经被广泛应用于市场，其中类金刚石碳基薄膜材料作为比较重要的表面处理材料之一，也已经被普遍推广到一些特殊的应用场景，来解决工件表面被快速磨损从而导致其功能失效或者寿命达不到要求等问题。常见的类金刚石薄膜材料的纳米硬度在hv1800-2500。大于hv6000的超硬碳基薄膜材料，本身的内应力可达到大于12gpa，受到此因素影响，膜层与基体材料的结合能力较差。

2、目前现有的比较常见的超硬类金刚石的膜层结构为：基体材料-镀铬（作为打底层）-类金刚石超硬薄膜层，此结构有个缺点就是膜层结合力最多只能到达到hf2-3等级。因此超硬类金刚石碳基薄膜材料（hv6000-7500）于基体材料膜层结合力不足的问题，仍有待解决。

技术实现思路

1、发明目的：为了克服背景技术的不足，本发明的第一目的是公开一种提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构；

2、第二目的是公开上述薄膜结构的制备方法；

3、通过对膜层结构的优化，从而提升结合力，把行业标准的结合力等级从hf4提升到hf1。

4、技术方案：本发明所公开的提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构，包括：

5、基体材料；

6、沉积于基体材料表面的金属打底层；

7、沉积于金属打底层表面的金属氮化物过渡层；

8、沉积于金属氮化物过渡层表面的金属碳化物过渡层；

9、沉积于金属碳化物过渡层表面的类金刚石碳基薄膜功能层。

10、其中，所述金属打底层为钽。

11、进一步的，钽的膜层厚度为800-1200nm，硬度为hv400-800。

12、其中，所述金属氮化物过渡层为氮化钽。

13、进一步的，氮化钽的膜层厚度为1000-1500nm，硬度为hv800-1200。

14、其中，所述金属碳化物过渡层为碳化钽。

15、进一步的，碳化钽的膜层厚度为1000-1500nm，硬度为hv1200-1800。

16、进一步的，类金刚石碳基薄膜的硬度为hv6000-7500。

17、上述薄膜结构的制备方法，薄膜结构中所述金属打底层为钽，所述金属氮化物过渡层为氮化钽，所述金属碳化物过渡层为碳化钽；

18、该制备方法包括以下步骤：

19、s1、对基体材料进行抽真空并加热保持；

20、s2、对基体材料进行离子刻蚀；

21、s3、将钽靶通过hipims高功率脉冲磁控溅射沉积到基体表面；

22、s4、将钽靶和氮气通过反应磁控溅射物理气相沉积生成氮化钽薄膜材料，沉积到钽上面；

23、s5、将钽靶和乙炔气体通过反应磁控溅射物理气相沉积生成碳化钽薄膜材料，沉积到氮化钽上面；

24、s6、将类金刚石碳基薄膜材料通过高功率脉冲磁过滤电弧技术沉积到碳化钽上。

25、进一步的，s1中真空度达到0.01pa开始加热，热电偶温度控制在120度，恒温两个小时；

26、s2中离子束电压1200-1800伏、氩气流量100-200sccm、偏压800-1200伏，刻蚀两个小时；

27、s3中靶材功率0.1-0.5兆瓦，占空比20%-50%、氩气流量150-450sccm、偏压500-900伏；

28、s4中靶材功率0.3-0.8兆瓦，占空比20%-50%、氩气流量150-450sccm、氮气流量150-300sccm、偏压250-450伏；

29、s5中靶材功率0.3-0.8兆瓦，占空比20%-50%、氩气流量150-450sccm、乙炔流量200-400sccm、偏压250-450伏；

30、s6中电弧电流150-250安、占空比40%-70%、过滤磁场电流50-250毫安、氩气流量150-250sccm、偏压200-450伏。

31、有益效果：与现有技术相比，本发明的优点为：通过对超硬碳基薄膜材料的膜层进行优化，采用基体材料-镀钽（作为打底层）-镀氮化钽（作为过渡层）-镀碳化钽（作为过渡层）-类金刚石超硬薄膜层的方式，大大提升了膜层于基体材料的结合力，把行业标准的结合力等级从hf4提升到hf1。

技术特征：

1.一种提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构，其特征在于：所述金属打底层为钽。

3.根据权利要求2所述的提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构，其特征在于：钽的膜层厚度为800-1200nm，硬度为hv400-800。

4.根据权利要求1所述的提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构，其特征在于：所述金属氮化物过渡层为氮化钽。

5.根据权利要求4所述的提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构，其特征在于：氮化钽的膜层厚度为1000-1500nm，硬度为hv800-1200。

6.根据权利要求1所述的提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构，其特征在于：所述金属碳化物过渡层为碳化钽。

7.根据权利要求6所述的提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构，其特征在于：碳化钽的膜层厚度为1000-1500nm，硬度为hv1200-1800。

8.根据权利要求1所述的提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构，其特征在于：类金刚石碳基薄膜的硬度为hv6000-7500。

9.权利要求1所述的提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构的制备方法，其特征在于：薄膜结构中所述金属打底层为钽，所述金属氮化物过渡层为氮化钽，所述金属碳化物过渡层为碳化钽；

10.根据权利要求9所述的提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构的制备方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种提升类金刚石碳基膜层结合力等级的薄膜结构，包括：基体材料；沉积于基体材料表面的金属打底层；沉积于金属打底层表面的金属氮化物过渡层；沉积于金属氮化物过渡层表面的金属碳化物过渡层；沉积于金属碳化物过渡层表面的类金刚石碳基薄膜功能层；还公开了上述薄膜结构的制备方法。本发明通过对膜层结构的优化，从而提升结合力，把行业标准的结合力等级从HF4提升到HF1。

技术研发人员：陆樟栋
受保护的技术使用者：苏州辉钻纳米新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13