本發明涉及類金剛石涂層，尤其涉及一種超硬多層復合類金剛石涂層及其制備方法。
背景技術：
類金剛石涂層以其高硬度、超低摩擦系數、高抗磨性和耐腐蝕性等特點，在機械、電子、生物醫學等領域顯示出廣闊的應用前景。然而，類金剛石涂層也存在著自身的缺點，限制了其應用。
目前，困擾研究者制備超厚類金剛石涂層的主要問題是：
1、類金剛石涂層與不銹鋼、鋁合金、鈦合金、銅和陶瓷等試樣基底表面的結合力較差，在磨損或腐蝕工況下極易脫落和失效；
2、通過各種制備方法獲得的類金剛石涂層普遍具有較高的內應力(有時高達10gpa)，當涂層達到一定厚度時，大的壓應力使涂層易于發生開裂剝落，限制了類金剛石涂層的沉積厚度。
技術實現要素：
本發明是為了解決上述不足，提供了一種超硬多層復合類金剛石涂層及其制備方法。
本發明的上述目的通過以下的技術方案來實現：一種超硬多層復合類金剛石涂層，其特征在于：該涂層依次由微鉆基體、底層粘接層、中間過渡層和表層構成，所述底層粘接層為金屬鈦（ti）或金屬鉻（cr）層，所述中間過渡層為低硬度類金剛石膜，所述表層為復合金剛石涂層；所述復合金剛石涂層為鈦（ti）或氮氣（n2）摻雜類金剛石涂層。
所述底層粘接層厚度為0.3～0.5微米；所述中間過渡層厚度為0.2～0.3微米；所述表層厚度為1～2微米。
一種超硬多層復合類金剛石涂層的制備方法，其特征在于：將經過常規前處理后的微鉆置于陰極過濾電弧-離子源-磁控濺射復合氣相沉積真空系統中，依次沉積以下多層梯度膜：
（1）磁控濺射鈦（ti）粘接層，將工件置于磁控濺射真空系統中，以金屬鈦（ti）靶為陰極，工作氣體為氬氣（ar），沉積時間5～15分鐘；工藝過程中，氬氣被離化成氬離子，高能量的氬離子轟擊鈦靶材表面，將表層的鈦原子轟離靶材表面，然后沉積到工件上；
（2）過濾陰極電弧離子源沉積低硬度、低應力類金剛石層，石墨靶，真空度為10-4pa，時間為15～30分鐘；采用高脈沖偏壓電壓2000v，適當縮短脈沖時間而增加電壓值，從而能夠獲得低應力的類金剛石涂層，可以提高整個涂層和工件基體的粘結力；
（3）鈦（ti）或氮氣（n2）摻雜類金剛石梯度復合涂層沉積，通過摻雜，獲得高硬度和高結合力的涂層；
（3.1）沉積過程中，硬金剛石涂層工藝真空為5×10-4pa，無摻雜，1000～1500v的負脈沖偏壓，獲得純類金剛石涂層，硬度高，應力高；
（3.2）沉積過程中，摻雜時的真空氣壓為0.5pa，微鉆樣品上施加1000～1500v的負脈沖偏壓；獲得摻雜類金剛石涂層，硬度低，應力低；
通過重復（3.1）和（3.2）工藝步驟，工藝時間100～200分鐘，最后，在微鉆上獲得多層類金剛石復合涂層。
本發明超硬多層類金剛石復合涂層，干摩擦系數低于0.12，同普通鎢鋼微鉆相比，壽命可以延長一倍。
本發明與現有技術相比的優點是：
1、采用本發明制得的超硬多層類金剛石復合涂層與基體牢固結合，具有優異的抗磨與自潤滑性能。其特點在于多層結構提供了良好的支撐和界面結合，克服了常規類金剛石薄膜內應力高、附著力差、承載能力弱等缺點。
2、本發明的微鉆涂層加工方法屬于真空等離子范疇，綠色環保，不會對環境造成污染。所采用的復合工藝穩定，可實現批量生產，具有很好的應用價值。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明進一步詳述。
如圖1所示，一種超硬多層復合類金剛石涂層，其特征在于：該涂層依次由微鉆基體1、底層粘接層2、中間過渡層3和表層4構成，所述底層粘接層2為金屬鈦（ti）或金屬鉻（cr）層，所述中間過渡層3為低硬度類金剛石膜，所述表層4為復合金剛石涂層；所述復合金剛石涂層為鈦（ti）或氮氣（n2）摻雜類金剛石涂層。
所述底層粘接層2厚度為0.3～0.5微米；所述中間過渡層3厚度為0.2～0.3微米；所述表層4厚度為1～2微米。
一種超硬多層復合類金剛石涂層的制備方法，其特征在于：將經過常規前處理后的微鉆置于陰極過濾電弧-離子源-磁控濺射復合氣相沉積真空系統中，依次沉積以下多層梯度膜：
（1）磁控濺射鈦（ti）粘接層，將工件置于磁控濺射真空系統中，以金屬鈦（ti）靶為陰極，工作氣體為氬氣（ar），沉積時間5～15分鐘；工藝過程中，氬氣被離化成氬離子，高能量的氬離子轟擊鈦靶材表面，將表層的鈦原子轟離靶材表面，然后沉積到工件上；
（2）過濾陰極電弧離子源沉積低硬度、低應力類金剛石層，石墨靶，真空度為10-4pa，時間為15～30分鐘；采用高脈沖偏壓電壓2000v，適當縮短脈沖時間而增加電壓值，從而能夠獲得低應力的類金剛石涂層，可以提高整個涂層和工件基體的粘結力；
（3）鈦（ti）或氮氣（n2）摻雜類金剛石梯度復合涂層沉積，通過摻雜，獲得高硬度和高結合力的涂層；
（3.1）沉積過程中，硬金剛石涂層工藝真空為5×10-4pa，無摻雜，1000～1500v的負脈沖偏壓，獲得純類金剛石涂層，硬度高，應力高；
（3.2）沉積過程中，摻雜時的真空氣壓為0.5pa，微鉆樣品上施加1000～1500v的負脈沖偏壓；獲得摻雜類金剛石涂層，硬度低，應力低；
通過重復（3.1）和（3.2）工藝步驟，工藝時間100～200分鐘，最后，在微鉆上獲得多層類金剛石復合涂層。
以上所述僅為本發明的實施例，并非因此限制本發明的專利范圍，凡是利用本發明說明書及實施例內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發明的專利保護范圍內。