專利名稱：鋁材表面的類金剛石覆膜改性方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及鋁材表面的類金剛石覆膜改性方法及其裝置。
背景技術：
鋁合金材料以其質(zhì)量輕、價格低廉在工業(yè)中得到了廣泛應用。然而，鋁的化學活性較高，鋁合金鑄件表面容易被腐蝕發(fā)生霉變。另外，鋁材質(zhì)表面較柔軟，機械性能較差。盡管可以采用化學氧化生成氧化鋁保護膜的辦法，但實際效果不佳。
類金剛石薄膜(DLC)具有高絕緣性、高導熱性、高耐磨性、強耐腐蝕性以及良好的氣密性等性能，是理想的保護性功能薄膜。然而，至今還未見有在鋁基片上沉積類金剛石薄膜(DLC)的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為提高鋁材質(zhì)表面硬度、耐腐蝕性和電絕緣性，提供一種工藝簡單、成本低的鋁材表面的類金剛石覆膜改性方法及其裝置。
本發(fā)明提供的鋁材表面的類金剛石覆膜改性方法，其步驟如下1)清洗片狀鋁材將片狀鋁材在60℃0.5％稀鹽酸浸泡10-30分鐘，去離子水漂洗后于乙醇中超聲波震蕩處理，去離子水漂洗，浸泡于丙酮溶液中待用；2)以清潔的片狀鋁材為襯底，將其置于介質(zhì)阻擋放電等離子體化學氣相沉積裝置的反應室中，并固定在上下平行的平板式電極之間，抽真空至本底真空3×10-3Pa，通入純氬氣和氫氣，襯底加熱至50～250℃，開啟介質(zhì)阻擋放電電源產(chǎn)生等離子體轟擊襯底，以去除襯底表面殘余氧化層和雜質(zhì)；3)通入純度為99.9％的C2H4氣體，控制氣體流量比為Ar∶H2∶C2H4＝4∶0.5-1.5∶0.1-0.5，調(diào)整反應壓強至100-500Pa，調(diào)整介質(zhì)阻擋放電電源的頻率1.2-2.0kHz、電壓5-20kV，上下電極間距5-15mm，沉積類金剛石薄膜。
本發(fā)明中所說的鋁材是純鋁或鋁合金。
本發(fā)明的用于鋁材表面的類金剛石覆膜改性的裝置，包括絕緣材料制的反應室，反應室與化學氣相沉積的供氣系統(tǒng)及真空系統(tǒng)相連通，在反應室內(nèi)設有由陶瓷圍成的封閉室和兩塊上下平行的電極，其中上電極位于封閉室中，其下表面緊貼封閉室的底板面，上電極與等離子體激發(fā)脈沖電源相連，下電極接地并固定在封閉室外的加熱器上，加熱器與反應室外的加熱溫控裝置相連，在加熱器的底部安裝有用于調(diào)節(jié)上、下兩電極間距的螺桿，供氣管的噴嘴位于兩平行電極間。
上述裝置中的等離子體激發(fā)脈沖電源的頻率1.2-2.0kHz、電壓5-20kV，脈沖電壓上升沿＜1μs。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1)將類金剛石(DLC)薄膜涂覆在質(zhì)輕價廉的鋁材表面，大大提高了Al/DLC復合材料的表面硬度、耐腐蝕性和電絕緣性等綜合性能。
2)采用介質(zhì)阻擋放電等離子體化學氣相沉積裝置(DBD-CVD)在鋁材表面沉積DLC薄膜，成膜速度快(可達1.0-1.7μm/h)，容易制得厚膜(膜厚最大可達4-6μm而不脫落)，且膜基結(jié)合牢固、工藝簡單、成本低、可操作性強。


圖1是用于鋁材表面的類金剛石覆膜改性的裝置示意圖。
具體實施例方式
參照圖1，本發(fā)明的用于鋁材表面的類金剛石覆膜改性裝置，包括絕緣質(zhì)(如絕緣的陶瓷或石英玻璃材料)反應室8，反應室8與化學氣相沉積的供氣系統(tǒng)1及真空系統(tǒng)2相連通，在反應室內(nèi)設有由陶瓷圍成的封閉室6和兩塊上下平行的電極，其中上電極4位于封閉室6中，以避免“爬電”現(xiàn)象。上電極4的下表面緊貼封閉室6的底板面，為了使介質(zhì)阻擋放電的能量狀態(tài)控制在較佳范圍內(nèi)，一般使封閉室底板的厚度為1-2mm。上電極與等離子體激發(fā)脈沖電源3相連，該激發(fā)脈沖電源的頻率1.2-2.0kHz、電壓5-20kV，脈沖電壓上升沿＜1μs。下電極5接地并固定在封閉室6外的加熱器9上，加熱器9與反應室8外的加熱溫控裝置10相連，在加熱器9的底部安裝有用于調(diào)節(jié)上、下兩電極間距的螺桿11，供氣管的噴嘴7位于兩平行電極間。上、下兩電極可以是不銹鋼電極，鋁材襯底12固定在下電極5的表面，兩電極間區(qū)域為反應成膜區(qū)，在等離子體激發(fā)源作用下形成等離子體反應先驅(qū)體。
利用上述裝置，在鋁材表面沉積類金剛石薄膜。
實施例1將純鋁片經(jīng)如下步驟清洗60℃0.5％稀鹽酸浸泡30分鐘，去離子水漂洗，浸泡于乙醇中經(jīng)超聲波震蕩處理20分鐘，去離子水漂洗，浸泡于丙酮溶液中待用；將清潔的鋁片襯底固定于DBD-CVD反應室中的下電極板表面，抽真空至本底真空3×10-3Pa，通入純氬氣和氫氣，襯底加熱至50℃，開啟DBD電源產(chǎn)生等離子體轟擊襯底20分鐘，以清潔表面去除殘余氧化層和雜質(zhì)；通入99.9％高純C2H4氣體，控制氣體流量比為Ar∶H2∶C2H4＝4∶1∶0.1，調(diào)整反應壓強至100Pa，調(diào)整DBD電源的頻率2.0kHz、電壓20kV，上下電極間距5mm，開始沉積DLC薄膜。
采用上述方法在鋁材料表面沉積了DLC薄膜，經(jīng)測算，其沉積速度為0.8μm/h，膜基結(jié)合牢固，Al/DLC復合材料表面硬度25GPa，摩擦系數(shù)小于0.075(大氣下)，電阻率5×108Ω·cm。將Al/DLC復合材料浸泡在10％的HF:HNO3強酸溶液中，經(jīng)28℃恒溫72小時，薄膜無脫落、無腐蝕。
實施例2將純鋁片經(jīng)如下步驟清洗60℃0.5％稀鹽酸浸泡10分鐘，去離子水漂洗，浸泡于乙醇中經(jīng)超聲波震蕩處理30分鐘，去離子水漂洗，浸泡于丙酮溶液中待用；將清潔的鋁片襯底固定于DBD-CVD反應室中的下電極板表面，抽真空至本底真空3×10-3Pa，通入純氬氣和氫氣，襯底加熱至50℃，開啟DBD電源產(chǎn)生等離子體轟擊襯底20分鐘，以清潔表面去除殘余氧化層和雜質(zhì)；通入99.9％高純C2H4氣體，控制氣體流量比為Ar∶H2∶C2H4＝4∶2∶0.5調(diào)整反應壓強至500Pa，調(diào)整DBD電源的頻率1.2kHz、電壓5kV，上下電極間距15mm，開始沉積DLC薄膜。
采用上述方法在鋁材料表面沉積了DLC薄膜，經(jīng)測算，其沉積速度為1.7μm/h，膜基結(jié)合牢固，Al/DLC復合材料表面硬度12GPa，摩擦系數(shù)小于0.075(大氣下)，電阻率6×105Ω·cm。將Al/DLC復合材料浸泡在10％的HF∶HNO3強酸溶液中，經(jīng)28℃恒溫72小時，薄膜無脫落、無腐蝕。
權(quán)利要求
1.鋁材表面的類金剛石覆膜改性方法，其特征在于步驟如下1)清洗片狀鋁材將片狀鋁材在60℃0.5％稀鹽酸浸泡10-30分鐘，去離子水漂洗后于乙醇中超聲波震蕩處理，去離子水漂洗，浸泡于丙酮溶液中待用；2)以清潔的片狀鋁材為襯底，將其置于介質(zhì)阻擋放電等離子體化學氣相沉積裝置的反應室中，并固定在上下平行的平板式電極之間，抽真空至本底真空3×10-3Pa，通入純氬氣和氫氣，襯底加熱至50～250℃，開啟介質(zhì)阻擋放電電源產(chǎn)生等離子體轟擊襯底，以去除襯底表面殘余氧化層和雜質(zhì)；3)通入純度為99.9％的C2H4氣體，控制氣體流量比為Ar∶H2∶C2H4＝4∶0.5-1.5∶0.1-0.5，調(diào)整反應壓強至100-500Pa，調(diào)整介質(zhì)阻擋放電電源的頻率1.2-2.0kHz、電壓5-20kV，上下電極間距5-15mm，沉積類金剛石薄膜。
2.用于權(quán)利要求1所述的鋁材表面類金剛石覆膜改性方法的裝置，其特征是包括絕緣材料制的反應室(8)，反應室(8)與化學氣相沉積的供氣系統(tǒng)(1)及真空系統(tǒng)(2)相連通，在反應室內(nèi)設有由陶瓷圍成的封閉室(6)和兩塊上下平行的電極，其中上電極(4)位于封閉室(6)中，其下表面緊貼封閉室的底板面，上電極(4)與等離子體激發(fā)脈沖電源(3)相連，下電極(5)接地并固定在封閉室(6)外的加熱器(9)上，加熱器(9)與反應室(8)外的加熱溫控裝置(10)相連，在加熱器(9)的底部安裝有用于調(diào)節(jié)上、下兩電極間距的螺桿(11)，供氣管的噴嘴(7)位于兩平行電極間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是封閉室(6)底板的厚度為1-2mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征是等離子體激發(fā)脈沖電源(3)的頻率1.2-2.0kHz、電壓5-20kV，脈沖電壓上升沿＜1μs。
全文摘要
本發(fā)明公開了鋁材表面的類金剛石覆膜改性方法及其裝置。裝置包括絕緣體反應室，反應室與化學氣相沉積的供氣系統(tǒng)及真空系統(tǒng)相連通，在反應室內(nèi)有陶瓷圍成的封閉室和兩塊上下平行的電極，其中上電極位于封閉室中，其下表面緊貼封閉室的底板面，與等離子體激發(fā)脈沖電源相連，下電極接地并固定在封閉室外的加熱器上，供氣管的噴嘴位于兩平行電極間。采用該裝置以C
文檔編號C23C16/02GK1888132SQ200610052570
公開日2007年1月3日 申請日期2006年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月20日
發(fā)明者張溪文 申請人:浙江大學