專利名稱：在不銹鋼上制備薄膜的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低摩擦高承載長壽命不銹鋼/類金剛石/有機(jī)薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層
制備方法。
背景技術(shù)：
不銹鋼是在空氣中或化學(xué)腐蝕介質(zhì)中能夠抵抗腐蝕的一種高合金鋼，由于不銹鋼 具有耐腐蝕性能好，強(qiáng)度高，耐高溫氧化，容易塑性加工，維護(hù)簡單，光潔度高，焊接性能好 等特點(diǎn)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于家庭用品，汽車配件，醫(yī)療器具，建材，化學(xué)，食品工業(yè)，農(nóng)業(yè)， 船舶部件等領(lǐng)域。而近年來對不銹鋼在一些高強(qiáng)度工況環(huán)境下(比如刀具、模具)的抗磨 抗腐性能的要求越來越高，這對不銹鋼表面上的抗磨抗腐性能提出了更高的要求。通過在 不銹鋼基底上沉積一層或幾層保護(hù)薄膜是一種提高其抗磨抗腐性能的常用的方法，而類金 剛石碳薄膜是一種近年來出現(xiàn)的能提高其機(jī)械性能的薄膜材料。 類金剛石碳(diamond-like carbon, DLC)薄膜由于具有極高的硬度、極好的化學(xué) 惰性、極低的摩擦系數(shù)、優(yōu)良的抗磨性和良好的熱傳導(dǎo)性等優(yōu)異特性，因此在機(jī)械、摩擦學(xué)、 航空航天等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。但是類金剛石薄膜的表面能較高，疏水性較差，這限 制了其在某些具有特殊要求環(huán)境中(如MEMS)的應(yīng)用。 用有機(jī)分子對類金剛石薄膜表面進(jìn)行修飾是一種改善其表面性能的有效方法。有 機(jī)薄膜的覆蓋有利于類金剛石薄膜表面能的降低，增強(qiáng)其表面疏水性，有機(jī)分子的長鏈柔 韌性能減少摩擦?xí)r對偶間的相互接觸，提高其磨擦磨損性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在不銹鋼上制備薄膜的方法。 本發(fā)明采用磁控濺射氣相沉積技術(shù)，先在不銹鋼基底上沉積一層Ti過渡層，再沉 積類金剛石碳薄膜，然后用有機(jī)分子(十八烯)對其表面進(jìn)行修飾。該方法容易操作，制備 的薄膜均勻，薄膜具有優(yōu)良的摩擦磨損特性。 —種在不銹鋼上制備薄膜的方法，采用中頻磁控濺射氣相沉積技術(shù)，其特征在于 該方法包括以下步驟 A將預(yù)清潔后的不銹鋼片依次放入丙酮、乙醇中超聲清洗，然后轉(zhuǎn)移至真空腔里， 基底盤與脈沖負(fù)偏壓電源相連；抽真空直到真空度小于2. OX 10-3Pa ;
B沉積Ti過渡層氬氣流量160sccm，中頻電流2. 0A，脈沖偏壓2000V，占空比 0. 15 ; C沉積DLC薄膜氬氣流量120sccm，甲烷流量60sccm，中頻電流2. 0A，脈沖偏壓 800V，占空比0. 15 ; D有機(jī)分子修飾類金剛石薄膜表面將十八烯旋涂到類金剛石薄膜表面，然后在 氮?dú)獗Ｗo(hù)下用中壓汞燈產(chǎn)生的紫外光中照射；取出樣品，在甲苯中超聲清洗五分鐘，用以除 去未反應(yīng)的十八烯。
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本發(fā)明將十八烯旋涂到類金剛石薄膜表面，能有效的降低薄膜的表面能，增加其 疏水性，能提高薄膜的摩擦學(xué)性能。 本發(fā)明制備的薄膜的結(jié)構(gòu)用拉曼光譜(Raman)、紅外光譜(FTIR) 、 X-射線光電子
能譜(XPS)和透射電子顯微鏡(TEM)進(jìn)行了表征。結(jié)構(gòu)表明，在不銹鋼基底上成功制備出
了類金剛石碳薄膜，此薄膜為無定形結(jié)構(gòu)，并且具有優(yōu)良的摩擦磨損性能。 本發(fā)明所用的基底為不銹鋼，而且在鍍膜的過程中添加Ti過渡層以增加薄膜和
鋼基底的結(jié)合力。 本發(fā)明獲得的薄膜具有類金剛石碳薄膜的結(jié)構(gòu)，是一種具有高硬度，高的彈性恢 復(fù)及優(yōu)異減磨抗摩作用的薄膜。 本發(fā)明獲得的薄膜表面經(jīng)有機(jī)分子(十八烯)修飾，這有利于降低類金剛石薄膜 表面的表面能，增加其表面疏水性，這能提高復(fù)合薄膜的抗腐蝕性能；同時(shí)有機(jī)分子(十八 烯)的長鏈具有柔韌性，能降低摩擦?xí)r對偶間的阻力，提高復(fù)合薄膜的摩擦壽命。
本發(fā)明獲得的經(jīng)有機(jī)分子(十八烯)修飾的類金剛石碳薄膜具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性 能，在氮?dú)猸h(huán)境下，經(jīng)30000次摩擦后，其平均摩擦系數(shù)為0. 026。
具體實(shí)施例方式
為了更好的理解本發(fā)明，通過實(shí)例進(jìn)行說明。
實(shí)施例1 : 首先選擇表面光潔的不銹鋼片三片，用自來水預(yù)清洗，等其干燥后再將其放入丙 酮、乙醇中超聲清洗各20分鐘，取出不銹鋼片，用氮?dú)獯蹈珊笱杆俎D(zhuǎn)入真空腔里，放置在基 底盤上，開始抽真空。待真空抽到小于2.0X10—3帕?xí)r，通入氬氣(160sccm)，在脈沖偏壓 2000伏特、占空比為0. 15，濺射電流2. OA(Ti靶)的條件下，沉積過渡層，持續(xù)20分鐘；完 成后，通入甲烷(60sccm)，調(diào)整氬氣流量為120sccm，在脈沖偏壓800伏特、占空比0. 15，濺 射電流2. OA(石墨靶)的條件下沉積薄膜，沉積時(shí)間2小時(shí)。 在CSM tribo-D-OOOO摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)上評價(jià)薄膜的摩擦學(xué)性能。試驗(yàn)條件如下 法向載荷為5N，往覆頻率8Hz，振幅5mm，氮?dú)鈿夥?，相對濕?0 60% ，室溫。測試結(jié)果顯 示經(jīng)有機(jī)分子(十八烯)修飾后的類金剛石薄膜在5N的情況下具有優(yōu)異的摩擦學(xué)性能， 在經(jīng)30000次摩擦后薄膜的平均摩擦系數(shù)為0. 026。
權(quán)利要求
一種在不銹鋼上制備薄膜的方法，采用中頻磁控濺射氣相沉積技術(shù)，其特征在于該方法包括以下步驟A將預(yù)清潔后的不銹鋼片依次放入丙酮、乙醇中超聲清洗，然后轉(zhuǎn)移至真空腔里，基底盤與脈沖負(fù)偏壓電源相連；抽真空直到真空度小于2.0×10-3Pa；B沉積Ti過渡層氬氣流量160sccm，中頻電流2.0A，脈沖偏壓2000V，占空比0.15；C沉積DLC薄膜氬氣流量120sccm，甲烷流量60sccm，中頻電流2.0A，脈沖偏壓800V，占空比0.15；D有機(jī)分子修飾類金剛石薄膜表面將十八烯旋涂到類金剛石薄膜表面，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下用中壓汞燈產(chǎn)生的紫外光中照射；取出樣品，在甲苯中超聲清洗五分鐘，用以除去未反應(yīng)的十八烯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低摩擦高承載長壽命不銹鋼/類金剛石/有機(jī)薄膜復(fù)合結(jié)構(gòu)涂層制備方法。本發(fā)明采用磁控濺射氣相沉積技術(shù)，先在不銹鋼基底上沉積一層Ti過渡層，再沉積類金剛石碳薄膜，然后用有機(jī)分子(十八烯)對其表面進(jìn)行修飾。該方法容易操作，制備的薄膜均勻，薄膜具有優(yōu)良的摩擦磨損特性。
文檔編號C23C14/06GK101768724SQ20081014299
公開日2010年7月7日 申請日期2008年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月29日
發(fā)明者宋仕永, 張俊彥, 張斌, 王舟 申請人:中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所