上施加的脉冲偏压为500V，偏压占空比为50%。
[0066]随后在Si薄膜表面沉积1200nm的类石墨非晶碳薄膜。在沉积过程中，设置直流电源电流为1.2A，在氮化硅陶瓷水润滑轴承滚动体上施加的脉冲偏压为500V，偏压占空比为 50%ο
[0067]依次交替沉积Si薄膜和类石墨非晶碳薄膜，循环30个周期后获得厚度为45 μ m的碳基减摩耐磨涂层。
[0068]实施例3
[0069]在不锈钢齿轮的工作面上制备上述碳基减摩耐磨涂层。在该实施方式中，基体100为不锈钢齿轮，粘结层200为CrN薄膜，CrN薄膜与类石墨非晶碳薄膜交替沉积成厚度为40 μ m的复合涂层，具体实施步骤如下:
[0070]I)前处理
[0071]选用普通洗涤剂处理基体100，除去不锈钢齿轮的工作面上的油污以及在加工、运输或长时间放置过程中所吸附的杂物；然后对不锈钢齿轮的工作面进行喷砂处理，除去氧化膜和机加工毛刺；再采用工业清洗剂超声波清洗不锈钢齿轮的工作面，进一步去除表面的物理化学吸附物；最后用去离子水漂洗锈钢齿轮的工作面，放入烘箱，加热烘干表面水溃。在该实施例中，喷砂压力为0.3MPa，超声波清洗时间为30min，烘箱温度为80°C。
[0072]2)等离子体清洗
[0073]将前处理完毕的不锈钢齿轮置于磁控溅射系统真空腔内的样品架上，抽真空；待真空腔室内气压抽至5X 10_3时，通入Ar气并调节气压至1.0Pa ;打开偏压电源，调节偏压电压为1000V，偏压占空比为50% ;Ar气在电场作用下被激发为等离子体，对前处理完毕的不锈钢齿轮的工作面进行刻蚀，刻蚀时间为20min。
[0074]3)磁控溅射交替沉积
[0075]将Cr靶和石墨靶分别安装在磁控溅射设备相应的靶位。其中，Cr靶连接中频磁控溅射电源，石墨靶接直流磁控溅射电源，真空腔内通入N2气并保持压力为1.5Pa。
[0076]首先打开中频电源，在经过等离子清洗的不锈钢齿轮的工作面上沉积400nm的CrN薄膜，作为粘结层200。在沉积过程中，设置中频电源的电流为2.5A，在钛合金球阀上施加的脉冲偏压为500V，偏压占空比为50%。
[0077]随后在CrN薄膜表面沉积1600nm的类石墨非晶碳薄膜。在沉积过程中，设置直流电源电流为1.2A，在钛合金球阀上施加500V的脉冲偏压，偏压占空比为50%。
[0078]依次交替沉积CrN薄膜和类石墨非晶碳薄膜，循环30个周期后获得厚度为40 μ m的碳基减摩耐磨涂层。
[0079]以上实施例中粘结层200和工作层300在沉积过程中的厚度不变，作为一种可实施方式，在沉积过程中，粘结层200厚度不变，工作层300的厚度逐层递减(如粘结层200的厚度保持300nm不变，随着沉积的进行，工作层300由2000nm逐步减小到lOOOnm)，则可增强涂层整体的结合力，从而使得涂层具有更加稳定的机械性能和摩擦学性能。
[0080]利用本发明的碳基减摩耐磨涂层，可显著提高硬密封阀门、水润滑轴承以及水环境齿轮类传动件等水环境用摩擦副零部件的稳定性和使用寿命，在核电装备、流体传输装备、石油化工装备以及海洋工程装备等水环境机械系统中具有良好的应用前景。
[0081]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种碳基减摩耐磨涂层，其特征在于，为由粘结层与工作层交替沉积而成的多层膜结构； 所述粘结层为T1、Cr、W元素中的一种的单质或氮化物或碳化物的薄膜，或者为Si元素的薄膜； 所述工作层为类石墨非晶碳薄膜，所述类石墨非晶碳薄膜中石墨结构的原子百分含量大于70%。
2.根据权利要求1所述的碳基减摩耐磨涂层，其特征在于，所述的碳基减摩耐磨涂层的厚度为ΙΟμ???50μ??，硬度为1GPa?20GPa，划痕结合力大于50Ν，水环境中的摩擦系数小于0.1，水环境中的磨损率小于10-1??-1!!!-1数量级。
3.根据权利要求1所述的碳基减摩耐磨涂层，其特征在于，每一层所述粘结层的厚度为10nm?400nm,每一层所述工作层的厚度为100nm?2000nm,且所述粘结层与相邻的所述工作层的厚度比为1:5?1:10。
4.根据权利要求1所述的碳基减摩耐磨涂层，其特征在于，所述粘结层与所述工作层交替沉积的循环次数为10?30次。
5.一种权利要求1 一 4任一项所述的碳基减摩耐磨涂层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 将基体进行前处理； 对前处理完毕的基体表面进行等离子体清洗； 在经过等离子清洗后的基体表面沉积所述的碳基减摩耐磨涂层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述基体的前处理包括以下步骤: ①选用普通洗涤剂处理所述基体； ②对步骤①得到的基体表面进行喷砂处理； ③采用工业清洗剂对步骤②得到的基体进行超声波清洗； ④将步骤③得到的基体经去离子水漂洗后置于烘箱，加热烘干表面水溃。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述等离子体清洗包括以下步骤: 将前处理完毕的基体置于磁控溅射系统真空腔内的样品架上，抽真空；待真空腔室内气压抽至5X10_3Pa以下时，通入Ar气并调节气压至IPa?1Pa ;打开偏压电源，调节偏压电压为500V?1000V，偏压占空比为40%?60% ;Ar气在电场作用下被激发为等离子体，对所述前处理完毕的基体表面进行刻蚀，刻蚀时间为5min?50min。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碳基减摩耐磨涂层采用磁控溅射技术沉积； 其中，T1、Cr、W的单质的薄膜采用中频或直流磁控溅射技术在Ar气氛下溅射沉积获得；非金属Si的薄膜采用射频或直流磁控溅射技术在Ar气氛下溅射沉积获得；T1、Cr、W的氮化物的薄膜采用中频或直流反应磁控溅射技术在N2气氛下溅射沉积获得；T1、Cr、W的碳化物的薄膜采用中频或直流反应磁控溅射技术在C2H2气氛下溅射沉积获得；类石墨非晶碳薄膜采用直流磁控溅射技术在Ar气氛下溅射沉积获得。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碳基减摩耐磨涂层的沉积过程中，具体工艺参数如下: 磁控溅射设备的真空腔内气体压力为0.5Pa?1.5Pa ;中频磁控溅射电源的电流为1.5A?2.5A，直流磁控溅射电源的电流为1.0A?2.0A，射频磁控溅射电源的功率为300W?500W ;电源偏压为400V?600V的脉冲偏压，偏压占空比为40%?60%。
【专利摘要】本发明提供了一种碳基减摩耐磨涂层及其制备方法。该碳基减摩耐磨涂层为由粘结层与工作层交替沉积而成的多层膜结构；所述粘结层为Ti、Cr、W元素中的一种的单质或氮化物或碳化物的薄膜，或者为Si元素的薄膜；所述工作层为类石墨非晶碳薄膜，所述类石墨非晶碳薄膜中石墨结构的原子百分含量大于70%。该碳基减摩耐磨涂层，通过粘结层和工作层的交替沉积，实现了类石墨非晶碳涂层的大厚度制备，使类石墨非晶碳涂层优异的水环境摩擦学性能得以长寿命稳定发挥；且交替沉积的多界面设计，进一步提高了类石墨非晶碳涂层在各种水基流体环境中的耐腐蚀/侵蚀能力。
【IPC分类】C23C14-02, B32B9-04, C23C14-35, C23C14-06, B32B15-04
【公开号】CN104694893
【申请号】CN201310645609
【发明人】王永欣, 王立平, 李金龙, 薛群基
【申请人】中国科学院宁波材料技术与工程研究所
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2013年12月4日