在工件基材表面镀膜的方法及镀膜工件与流程

本发明涉及材料镀膜，具体涉及一种在工件基材表面镀膜的方法。

背景技术：

1、在一些对材料的耐磨性能要求较高的领域，通常需要在基材的表面镀膜。例如，在航空航天领域、高端精密装备领域、汽车零部件领域、半导体模具领域等，需要在基材的表面镀类金刚石（dlc，diamond like carbon）薄膜。

2、具体地，含硅的dlc薄膜中因掺杂有硅元素，其耐高温、耐腐蚀性能更佳，且硬度也更高、摩擦系数也更低。

3、然而，如何在基材的表面制备完整性更好、且使用寿命更长的含硅dlc薄膜成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种在工件基材表面镀膜的方法及镀膜工件，该方法能够在工件基材的表面制备完整性更好、且使用寿命更长的膜。

2、作为本发明的第一个方面，提供一种在工件基材表面镀膜的方法，所述方法包括：

3、提供工件基材；

4、在所述工件基材的待镀膜表面上形成过渡层，其中，沿背离所述待镀膜表面的方向上，所述过渡层的硅含量逐渐减少、碳含量逐渐增加；

5、在所述过渡层上形成纳米叠层，得到初始工件，所述纳米叠层包括交替设置的功能类金刚石膜层和过渡类金刚石膜层，且所述纳米叠层包括至少两层所述功能类金刚石膜层，所述功能类金刚石膜层和所述过渡类金刚石膜层中均掺杂有硅，所述功能类金刚石膜层中的硅的质量百分比大于所述过渡类金刚石膜层中的硅的质量百分比；

6、按照设定规则对所述初始工件施加磁场和电场，并维持设定时间，得到目标工件，在所述目标工件中，所述功能类金刚石膜层中的硅的质量百分比大于所述过渡类金刚石膜层中的硅的质量百分比，所述功能类金刚石膜层中的sp3碳的质量百分比大于所述过渡类金刚石膜层中的sp3碳的质量百分比。

7、可选的，所述初始工件设置在两个供电电极之间，并位于磁场中，所述磁场由包括多个可移动的线圈的磁场组件产生，多个所述线圈的轴线方向一致，所述初始工件设置在多个所述线圈所限定的空腔内；

8、在按照设定规则对所述初始工件施加磁场和电场的步骤中，根据所述设定规则确定各个所述线圈的位置，并由脉冲直流电源向所述供电电极、以及所述磁场组件供电。

9、可选的，所述脉冲直流电源的占空比在30%至60%之间，所述脉冲直流电源的10个脉宽在50μs至100μs之间，频率在1hz至50hz之间，电压在350v至400v之间，以使得所述电场的强度在10v至20v之间、磁场强度在1t至2t之间。

10、可选的，所述设定时间在5min至25min之间。

11、可选的，在所述过渡层上形成纳米叠层，包括交替进行的以下步骤：

12、形成功能类金刚石膜层，其中，在所述功能类金刚石膜层中，硅含量在5wt%至15wt%之间，sp3碳含量在60wt%至75wt%之间；

13、形成过渡类金刚石膜层，其中，在所述过渡类金刚石膜层中，硅含量在1wt%至5wt%之间，sp3碳含量在50wt%至60wt%之间。

14、可选的，所述形成功能类金刚石膜层的步骤中，向工艺腔室中通入保护气体、第一工艺气体、和第二工艺气体，其中，所述第一工艺气体含硅，所述第二工艺气体含碳；

15、所述形成过渡类金刚石膜层的步骤中，向所述工艺腔室中通入所述保护气体和所述第二工艺气体。

16、可选的，所述保护气体包括氩气，所述第一工艺气体包括四甲基硅烷，所述第二工艺气体包括乙炔；

17、所述形成功能类金刚石膜层的步骤中，所述保护气体的流量在90sccm至110sccm之间，所述第一工艺气体的流量在10sccm至12sccm之间，所述第二工艺气体的流量在60sccm至90sccm之间，工艺腔室内的压力在1.0pa至2.0pa之间，工艺腔室内的偏压电源在120v至150v之间；

18、所述形成过渡类金刚石膜层的步骤中，所述保护气体的流量在90sccm至110sccm之间，所述第二工艺气体的流量在60sccm至90sccm之间，所述工艺腔室内的压力在1.0pa至2.0pa之间，所述工艺腔室内的偏压电源在120v至150v之间。

19、可选的，所述功能类金刚石膜层和所述过渡类金刚石膜层的单层厚度均在5nm至25nm之间；

20、所述功能类金刚石膜层和所述过渡类金刚石膜层交替堆叠形成5至20个周期。

21、可选的，在所述工件基材的待镀膜表面上形成过渡层，包括：

22、向工艺腔室中通入保护气体，并对所述保护气体进行等离子化，以对所述工件基材进行等离子清洗；

23、在保护气体的氛围下，向所述工艺腔室内通入第一工艺气体，在所述工件基材上进行沉积，其中，所述第一工艺气体含硅；

24、在所述保护气体的氛围下，向所述工艺腔室内通入所述第一工艺气体和第二工艺气体，在所述工件基材上进行沉积，其中，所述第二工艺气体含碳；

25、在所述保护气体的氛围下，向所述工艺腔室内通入所述第二工艺气体，在所述工件基材上进行沉积。

26、可选的，所述保护气体包括氩气，所述第一工艺气体包括四甲基硅烷，所述第二工艺气体包括乙炔；

27、在对所述保护气体进行等离子化的步骤之前，先对所述工艺腔室进行抽真空，使得所述工艺腔室内的压力不超过8×10-3pa，在对所述保护气体进行等离子化的步骤中，工艺腔室内的压力维持在0.3pa至1.2pa之间，所述保护气体的流量在140sccm至160sccm之间，偏压电源的电压在500v至1500v之间；

28、在保护气体的氛围下，向所述工艺腔室内通入第一工艺气体，在所述工件基材上进行沉积的步骤中，所述保护气体的流量在90sccm至110sccm之间，所述第一工艺气体的流量在10sccm至12sccm之间，所述工艺腔室内的压力维持在1.0pa至2.0pa之间，偏压电源的电压在120v至150v之间；

29、在所述保护气体的氛围下，向所述工艺腔室内通入所述第一工艺气体和第二工艺气体的步骤中，所述保护气体的流量在90sccm至110sccm之间，所述第一工艺气体的流量在10sccm至12sccm之间，所述第二工艺气体的流量在60sccm至90sccm之间，所述工艺腔室内的压力维持在1.0pa至2.0pa，偏压电压的电压在120v至150v之间；

30、在所述保护气体的氛围下向所述工艺腔室内通入所述第二工艺气体，在所述工件基材上进行沉积的步骤中，所述保护气体的流量在90sccm至110sccm之间，所述第二工艺气体的流量在60sccm至90sccm之间，所述工艺腔室内的压力维持在1.0pa至2.0pa，偏压电压的电压在120v至150v之间。

31、可选的，在所述按照设定规则对所述初始工件施加磁场和电场的步骤中，工艺腔室内的压力在1pa至5pa之间，所述工艺腔室内的温度不超过400℃。

32、在本发明实施例所提供的在工件基材表面镀膜的方法中，通过在工件基材表面通过沉积工艺先制得过渡层，再在过渡层表面通过交替沉积工艺制得由功能类金刚石膜层和过渡类金刚石膜层交替设置的纳米叠层。对所制得的镀膜工件施加磁场和电场，通过电磁力、焦耳热协同作用，实现局部元素和缺陷的运动，实现应力释放、界面优化、以及结构致密化。制得的镀膜工件完整性好，使用寿命更长。

33、作为本发明的第二个方面，提供一种镀膜工件，所述镀膜工件通过第一方面的方法制得。所述镀膜工件包括工件基材，所述镀膜工件还包括设置在所述工件基材的一侧表面上的过渡层、以及设置在所述过渡层背离所述工件基材一侧的纳米叠层，在沿背离所述待镀膜表面的方向上，所述过渡层的硅含量逐渐减少、碳含量逐渐增加，所述纳米叠层包括交替设置的功能类金刚石膜层和过渡类金刚石膜层，在所述镀膜工件中，所述功能类金刚石膜层中的硅的质量百分比大于所述过渡类金刚石膜层中的硅的质量百分比，所述功能类金刚石膜层中的sp3碳的质量百分比大于所述过渡类金刚石膜层中的sp3碳的质量百分比。

34、可选的，在所述功能类金刚石膜层中，硅含量在5wt%至15wt%之间，sp3碳含量在60wt%至75wt%之间，在所述过渡类金刚石膜层中，硅含量在1wt%至5wt%之间，sp3碳含量在50wt%至60wt%之间。

35、可选的，所述过渡层的厚度在100nm至300nm之间；

36、所述纳米叠层包括5-20层所述功能类金刚石膜层、以及5-20层所述过渡类金刚石膜层；

37、所述功能类金刚石膜层的厚度在5nm至25nm之间；所述过渡类金刚石膜层的厚度在5nm至25nm之间。

38、在本发明实施例所提供的镀膜工件，由工件基材、过渡层和纳米叠层构成，纳米叠包括交替设置的功能类金刚石膜层和过渡类金刚石膜层。沿背离工件基材的方向上，过渡层的硅含量逐渐减少、碳含量逐渐增加，硅含量的梯度设计，能够减少工件基材与过渡层的物性差异，提高过渡层与工件基材的结合力。功能类金刚石膜层和过渡类金刚石膜层交替设置，其中功能类金刚石膜层的硅含量和sp3碳含量均大于和过渡类金刚石膜层的硅含量和sp3碳含量，通过调控硅的掺杂，提高纳米叠层的韧性和硬度，从而综合提高了镀膜工件的使用寿命。

39、本发明所提供的镀膜工件与前述在工件基材表面镀膜的方法的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。

40、本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。