RU2760018C1 - Method for producing an amorphous nanostructured diamond-like coating - Google Patents
Method for producing an amorphous nanostructured diamond-like coating Download PDFInfo
- Publication number
- RU2760018C1 RU2760018C1 RU2020136453A RU2020136453A RU2760018C1 RU 2760018 C1 RU2760018 C1 RU 2760018C1 RU 2020136453 A RU2020136453 A RU 2020136453A RU 2020136453 A RU2020136453 A RU 2020136453A RU 2760018 C1 RU2760018 C1 RU 2760018C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coating
- diamond
- applying
- layer
- amorphous
- Prior art date
Links
- 238000000576 coating method Methods 0.000 title claims abstract description 47
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title abstract description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 12
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims abstract description 10
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 239000010410 layer Substances 0.000 abstract description 24
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 abstract description 11
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 abstract description 11
- 238000005498 polishing Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005555 metalworking Methods 0.000 abstract description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 10
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 10
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 7
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 7
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 239000004215 Carbon black (E152) Substances 0.000 description 4
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 4
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 3
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 3
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052754 neon Inorganic materials 0.000 description 3
- GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N neon atom Chemical compound [Ne] GKAOGPIIYCISHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 3
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 229910000677 High-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052779 Neodymium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001237 Raman spectrum Methods 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000035876 healing Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000007885 magnetic separation Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N neodymium atom Chemical compound [Nd] QEFYFXOXNSNQGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 102200065564 rs6318 Human genes 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000007847 structural defect Effects 0.000 description 1
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 1
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000011179 visual inspection Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82B—NANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
- B82B3/00—Manufacture or treatment of nanostructures by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units
- B82B3/0009—Forming specific nanostructures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/25—Diamond
- C01B32/26—Preparation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/021—Cleaning or etching treatments
- C23C14/022—Cleaning or etching treatments by means of bombardment with energetic particles or radiation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/024—Deposition of sublayers, e.g. to promote adhesion of the coating
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/02—Pretreatment of the material to be coated
- C23C14/028—Physical treatment to alter the texture of the substrate surface, e.g. grinding, polishing
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/228—Gas flow assisted PVD deposition
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/24—Vacuum evaporation
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
- C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
- C23C14/34—Sputtering
- C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
- Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к способу нанесения коррозионностойких твердых износостойких наноструктурированных покрытий из аморфного алмазоподобного углерода и может быть использовано в металлообработке, машиностроении, медицине, электронике, солнечной энергетике, опто-электронике, фотонике, в производстве жидкокристаллических дисплеев и других областях для повышения эксплуатационных свойств поверхности изделий различного функционального назначения.The invention relates to a method of applying corrosion-resistant hard wear-resistant nanostructured coatings of amorphous diamond-like carbon and can be used in metalworking, mechanical engineering, medicine, electronics, solar energy, optoelectronics, photonics, in the production of liquid crystal displays and other areas to improve the performance properties of the surface of products of various functional purpose.
Известен способ нанесения аморфных углеводородных покрытий [Патент РФ №2382116] на изделия из металлического материала с использованием плазменного катода, содержащего полый катод, поджигающий электрод и анодную сетку, который включает ионную очистку поверхности изделия, формирование переходного слоя из атомов материала изделия и углерода иммерсионной ионной имплантацией, осаждение углеводородного покрытия за счет создания несамостоятельного импульсно-периодического разряда при подаче импульсно-периодического (50 кГц) напряжения между стенками плазменной камеры и анодом в смеси химически инертного газа и по меньшей мере одного углеводород-содержащего газа. Получаются химически инертные покрытия, с твердостью 18 ГПа, с низким коэффициентом трения, высоким электросопротивлением и теплопроводностью.A known method of applying amorphous hydrocarbon coatings [RF Patent No. 2382116] on products made of metallic material using a plasma cathode containing a hollow cathode, an ignition electrode and an anode grid, which includes ion cleaning of the product surface, the formation of a transition layer from atoms of the product material and carbon immersion ion by implantation, the deposition of a hydrocarbon coating by creating a non-self-sustained pulse-periodic discharge when a pulse-periodic (50 kHz) voltage is applied between the walls of the plasma chamber and the anode in a mixture of a chemically inert gas and at least one hydrocarbon-containing gas. Chemically inert coatings are obtained, with a hardness of 18 GPa, with a low coefficient of friction, high electrical resistance and thermal conductivity.
Нанесение покрытий по предложенному способу не позволяет получать сверхтвердые безводородные алмазоподобные углеродные покрытия, обладающие повышенной фрикционной стойкостью. Углеводородные покрытия не обладают высокой температурной стабильностью, что ограничивает их практическое применение, например, в условиях высоких температур трения.The deposition of coatings according to the proposed method does not allow obtaining superhard hydrogen-free diamond-like carbon coatings with increased frictional resistance. Hydrocarbon coatings do not have high temperature stability, which limits their practical application, for example, at high friction temperatures.
Недостатком представленных способов является недостаточная толщина получаемых покрытий, в пределах до 20 нм, что ограничивает его практическое применение.The disadvantage of the presented methods is the insufficient thickness of the obtained coatings, within the range of up to 20 nm, which limits its practical application.
Известен способ получения аморфного наноструктурированного алмазоподобного покрытия, включающий вакуумную лазерную абляцию в реакционной камере с испарением мишени твердотельным лазером и последующим осаждением аморфного алмазоподобного покрытия в виде пленки на поверхность изделия, имеющего подложку из высокоуглеродистой или нержавеющей стали [Патент РФ №2527113 МПК С23С 14/24, С23С 14/12, А61В 17/3211, опубликовано: 27.08.2014 Бюл. №24]. Покрытие наносят на лезвие хирургического скальпеля, в качестве материала мишени используют пиролитический графит, для лазерной абляции применяют твердотельный лазер на основе алюмоиттриевого граната с неодимом, имеющий длину волны 532 нм, мощность 15-25 Дж, выходную энергию лазерного импульса 80-160 мДж, частоту следования импульсов излучения 50 Гц и длительность одного импульса 15⋅10-9, причем лезвие хирургического скальпеля размещают на расстоянии 10-25 см от мишени под углом 15-45°, а осаждение покрытия ведут в течение 10-40 минут при давлении в реакционной камере 6×10-4 Па. Другими особенностями способа являются то, что поверхность лезвия скальпеля имеет среднюю шероховатость не более 60 нм, а спектр комбинационного рассеяния света имеет пики, локализованные в области 1600 см-1 и 1355 см-1.There is a method of obtaining an amorphous nanostructured diamond-like coating, including vacuum laser ablation in a reaction chamber with evaporation of the target with a solid-state laser and subsequent deposition of an amorphous diamond-like coating in the form of a film on the surface of a product having a substrate made of high-carbon or stainless steel [RF Patent No. 2527113 IPC C23S 14/24 , C23C 14/12, A61B 17/3211, published: 27.08.2014 Byul. No. 24]. The coating is applied to the blade of a surgical scalpel, pyrolytic graphite is used as the target material, a solid-state laser based on yttrium aluminum garnet with neodymium is used for laser ablation, having a wavelength of 532 nm, a power of 15-25 J, an output energy of a laser pulse of 80-160 mJ, a frequency repetition of radiation pulses of 50 Hz and the duration of one pulse 15⋅10 -9 , and the blade of the surgical scalpel is placed at a distance of 10-25 cm from the target at an angle of 15-45 °, and the deposition of the coating is carried out for 10-40 minutes at a pressure in the reaction chamber 6 × 10 -4 Pa. Other features of the method are that the surface of the scalpel blade has an average roughness of no more than 60 nm, and the Raman spectrum has peaks located in the region of 1600 cm -1 and 1355 cm -1 .
Недостатком этого способа является низкая производительность и низкая прочность соединения алмазоподобного покрытия с подложкой, так как обычно для увеличения адгезии на предварительно очищенную в вакуумной камере ускоренными ионами поверхность наносят плазменным методом адгезионный слой до 500 нм из металла, выбранного из группы, включающей алюминий, хром, цирконий, титан, германий, кремний или из их сплавов, при одновременном приложении к изделию постоянного или импульсного отрицательного напряжения.The disadvantage of this method is the low productivity and low strength of the connection of the diamond-like coating with the substrate, since usually, in order to increase adhesion, an adhesion layer of up to 500 nm from a metal selected from the group including aluminum, chromium, is applied by the plasma method to a surface previously cleaned in a vacuum chamber with accelerated ions, zirconium, titanium, germanium, silicon or from their alloys, while applying a constant or impulse negative voltage to the product.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому (прототипом) является способ получения аморфного наност-руктурированного алмазоподобного покрытия на изделии, включающий предварительную плазменную очистку поверхности изделия в вакуумной камере ускоренными ионами, нанесение адгезионного слоя, и нанесение по меньшей мере одного слоя углеродной алмазоподобной пленки с помощью катодного распыления графита (Патент RU №2360032 С23С 14/24, С23С 14/06, В32В 15/0, В82В 3/00 - прототип). Предварительную плазменную очистку поверхности изделий осуществляют при давлении 10-3-10 Па ускоренными ионами инертных газов, таких как аргон, неон, криптон, ксенон или газов, таких как кислород, азот, водород, или фреонов, или углеводородов или их смесей, а во время предварительной плазменной очистки к изделию подводят постоянное или импульсное отрицательное напряжение 1-2500 В. Слой углеродной алмазоподобной пленки покрытия наносят толщиной 0,2-10,0 мкм. При распылении графита при формировании слоя алмазоподобной пленки осуществляют магнитную сепарацию углеродной плазмы. Нанесение слоя алмазоподобной пленки осуществляют в атмосфере газов, таких как аргон, неон, криптон, ксенон, кислород, азот, водород, фреоны, углеводороды или их смеси при их давлении 10-3-10 Па. Алмазоподобную пленку выполняют в виде многослойной пленки, при этом осуществляют по меньшей мере однократное чередование нанесения слоя алмазоподобной пленки и обработки ее ионами газов, таких как аргон, неон, ксенон, криптон, кислород, азот, водород, фреоны, углеводороды или их смеси при давлении их 10-3-10 Па. Нанесение слоев алмазоподобной пленки осуществляют с, по меньшей мере, однократным чередованием слоя алмазоподобной пленки и слоя металла из группы, включающей алюминий, хром, цирконий, титан, германий, или из кремния, или их сплавов, при этом общая толщина слоев алмазоподобной пленки составляет 1-500 нм, а общая толщина металлических слоев составляет 1-500 нм. Нанесение слоев алмазоподобной пленки осуществляют при одновременном дополнительном нанесении металла из группы, содержащей алюминий, хром, цирконий, титан, германий, или из кремния, или их сплавов при концентрации металла или кремния от 5 до 95 ат. %. Нанесение слоев алмазоподобной пленки осуществляют при одновременном приложении к изделию постоянного или импульсного отрицательного напряжения 1-1500 В. Кроме того, при нанесении покрытия на изделие из керамики, стекла или пластмассы, на поверхность этих изделий предварительно наносят слой из оксидов или нитридов алюминия, циркония, хрома, титана, кремния, германия, или их смесей толщиной 1-100 нм.The closest in technical essence and the achieved effect to the claimed (prototype) is a method for obtaining an amorphous nano-structured diamond-like coating on an article, including preliminary plasma cleaning of the surface of the article in a vacuum chamber with accelerated ions, applying an adhesive layer, and applying at least one layer of carbon diamond-like films using cathodic sputtering of graphite (Patent RU No. 2360032 С23С 14/24, С23С 14/06, В32В 15/0, В82В 3/00 - prototype). Preliminary plasma cleaning of the surface of products is carried out at a pressure of 10 -3 -10 Pa with accelerated ions of inert gases such as argon, neon, krypton, xenon or gases such as oxygen, nitrogen, hydrogen, or freons, or hydrocarbons or their mixtures, and During the preliminary plasma cleaning, a constant or pulsed negative voltage of 1–2500 V is applied to the article. A layer of carbon diamond-like coating film is applied with a thickness of 0.2–10.0 µm. When graphite is sprayed during the formation of a layer of a diamond-like film, magnetic separation of carbon plasma is carried out. The deposition of a layer of a diamond-like film is carried out in an atmosphere of gases such as argon, neon, krypton, xenon, oxygen, nitrogen, hydrogen, freons, hydrocarbons or their mixtures at a pressure of 10 -3 -10 Pa. The diamond-like film is made in the form of a multilayer film, while at least one-time alternation of applying a layer of a diamond-like film and processing it with ions of gases such as argon, neon, xenon, krypton, oxygen, nitrogen, hydrogen, freons, hydrocarbons or their mixtures is carried out at pressure their 10 -3 -10 Pa. The deposition of the layers of the diamond-like film is carried out with at least one-time alternation of the layer of the diamond-like film and a layer of metal from the group including aluminum, chromium, zirconium, titanium, germanium, or from silicon, or their alloys, while the total thickness of the layers of the diamond-like film is 1 -500 nm, and the total thickness of the metal layers is 1-500 nm. The deposition of layers of a diamond-like film is carried out with the simultaneous additional deposition of a metal from the group containing aluminum, chromium, zirconium, titanium, germanium, or from silicon, or their alloys at a metal or silicon concentration from 5 to 95 at. %. The deposition of layers of a diamond-like film is carried out while simultaneously applying a constant or impulse negative voltage of 1-1500 V to the article chromium, titanium, silicon, germanium, or mixtures thereof with a thickness of 1-100 nm.
Недостатками этого способа является то, что он не обеспечивает однородной плотной структуры, так как на поверхности покрытия всегда имеются микроскопические частицы графита и других дефектов, через которые может проникать влага и подвергать основу металла коррозионному воздействию.The disadvantages of this method is that it does not provide a homogeneous dense structure, since there are always microscopic particles of graphite and other defects on the coating surface, through which moisture can penetrate and subject the metal base to corrosive effects.
Задачей предлагаемого способа является повышение коррозионной стойкости аморфного наноструктурированного алмазоподобного покрытия.The objective of the proposed method is to increase the corrosion resistance of an amorphous nanostructured diamond-like coating.
Техническим результатом предлагаемого способа является создание на поверхности алмазоподобного покрытия однородной плотной структуры, через которую не проникает влага.The technical result of the proposed method is to create a homogeneous dense structure on the surface of a diamond-like coating through which moisture does not penetrate.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения аморфного наноструктурированного алмазоподобного покрытия на изделии, включающем предварительную плазменную очистку поверхности изделия в вакуумной камере ускоренными ионами, нанесение адгезионного слоя, и нанесение по меньшей мере одного слоя углеродной алмазоподобной пленки с помощью катодного распыления графита, после нанесения оного слоя покрытия его извлекают из камеры и подвергают полировки, а затем снова помещают в камеру, подвергают повторному покрытию, после чего снова полируют.The problem is solved by the fact that in the method of obtaining an amorphous nanostructured diamond-like coating on an article, including preliminary plasma cleaning of the surface of the article in a vacuum chamber with accelerated ions, applying an adhesion layer, and applying at least one layer of a carbon diamond-like film using cathodic sputtering of graphite, after applying This layer of coating is removed from the chamber and subjected to polishing, and then placed back in the chamber, subjected to recoating, and then polished again.
В процессе полировки покрытия с его поверхности удаляют инородные частицы и тем самым обнажают нано и микропоры. Повторное нанесение покрытия залечивает поры. После повторной полировки на поверхности аморфного наноструктурированного алмазоподобного покрытия получается однородная плотная структура, через которую не проникает влага. Тем самым решается задача повышения коррозионной стойкости покрытия.In the process of polishing the coating, foreign particles are removed from its surface, thereby exposing nano and micropores. Recoating will heal the pores. After repeated polishing, a homogeneous dense structure is obtained on the surface of the amorphous nanostructured diamond-like coating, through which moisture does not penetrate. This solves the problem of increasing the corrosion resistance of the coating.
Сущность изобретения поясняется рисунком, где на фиг. 1 изображена структурная схема формирования антикоррозионного аморфного наноструктурированного алмазоподобного покрытия.The essence of the invention is illustrated by the drawing, where in FIG. 1 shows a block diagram of the formation of an anticorrosive amorphous nanostructured diamond-like coating.
На первой операции (фиг. 1), как обычно, изделие подвергают тщательной очистке от загрязнений и обезжириванию. Далее изделие помещают в вакуумную камеру и на его поверхность наносят PVD- покрытие. Поверхность изделия предварительно подвергается плазменной очистке ускоренными ионами, на ее поверхность наносят адгезионный слой, а затем наносят слой углеродной алмазоподобной пленки с помощью катодного распыления графита в виде паровой фазы и постепенного осаждения его на поверхность изделия. Тем самым образуется аморфное наноструктурированное алмазоподобное покрытие толщиной 1-3 мкм. Алмазоподобное покрытие большей толщины становится хрупким и не пригодным для эксплуатации.In the first step (Fig. 1), as usual, the product is thoroughly cleaned from dirt and degreased. Then the product is placed in a vacuum chamber and a PVD coating is applied to its surface. The surface of the product is preliminarily subjected to plasma cleaning with accelerated ions, an adhesion layer is applied to its surface, and then a layer of carbon diamond-like film is applied using cathodic sputtering of graphite in the form of a vapor phase and its gradual deposition on the surface of the product. Thus, an amorphous nanostructured diamond-like coating with a thickness of 1-3 μm is formed. A thicker diamond-like coating becomes brittle and unusable.
Покрытие после получения имеет шероховатый слой и неоднородную структуру в виде наночастиц графита и других веществ и в виде нано и микро пор. Через эти дефекты поверхности, как по капиллярам, проникает влага и вызывает коррозию поверхности изделия.After production, the coating has a rough layer and an inhomogeneous structure in the form of nanoparticles of graphite and other substances and in the form of nano and micro pores. Moisture penetrates through these surface defects, like through capillaries, and causes corrosion of the product surface.
Для удаления исходного шероховатого слоя, а вместе с ним и дефектов структуры поверхность алмазоподобного покрытия подвергают полировке до шероховатости Ra 0,04 мкм и ниже. Только при такой шероховатости становятся доступными для залечивания микро и нанопоры.To remove the initial rough layer, and with it the structural defects, the surface of the diamond-like coating is polished to a roughness of Ra 0.04 μm and below. Only with such a roughness do micro and nanopores become available for healing.
После полировки поверхность покрытия вновь подвергают тщательной очистке и обезжириванию, и вновь помещают в вакуумную камеру. Второй слой углеродной алмазоподобной пленки толщиной 1-2 мкм заполняет имеющиеся на поверхности нано и микро поры. Последующая полировка поверхности до Ra 0,04 мкм и ниже удаляет шероховатый дефектный слой, образуя поверхность однородной плотной структуры, через которую не проникает влага. Низкая шероховатость поверхности также препятствует удержанию влаги на поверхности и повышает износо-стойсть поверхности.After polishing, the surface of the coating is again subjected to thorough cleaning and degreasing, and again placed in a vacuum chamber. The second layer of carbon diamond-like film 1–2 µm thick fills the nano and micro pores on the surface. Subsequent polishing of the surface to Ra 0.04 µm and below removes a rough defect layer, forming a surface of a homogeneous dense structure through which moisture does not penetrate. The low surface roughness also inhibits moisture retention on the surface and increases the wear resistance of the surface.
Тем самым решается поставленная задача повышения коррозионной стойкости аморфного наноструктурированного алмазоподобного покрытия.This solves the task of increasing the corrosion resistance of an amorphous nanostructured diamond-like coating.
Пример. Для определения эффективности защиты преложенным способом деталей от коррозии осуществляли сравнительные испытания. В качестве образов использовали деталь «Герровод» ИВКМ.408836.037 (сталь 12Х18Н10Т) датчика ЭД. Аморфное наноструктурированное алма-зоподобное покрытие наносили методом PVD на установке DREVA 600, принадлежащей заявителю - ООО «ТехноТерм-Саратов». Часть образов имела обычное алмазоподобное покрытие, а другая часть образцов имела покрытие, нанесенное по вышеописанной технологии.Example. Comparative tests were carried out to determine the effectiveness of the proposed method of protecting parts from corrosion. The part "Gerrovod" IVKM.408836.037 (steel 12Kh18N10T) of the EM sensor was used as images. An amorphous nanostructured diamond-like coating was applied by the PVD method on a DREVA 600 installation belonging to the applicant - TechnoTerm-Saratov LLC. Some of the samples had a conventional diamond-like coating, and the other part of the samples had a coating applied according to the above-described technology.
Испытания на коррозионную стойкость проводились в камере оборудования Ascott СС-450 путем воздействия на образцы соляным туманом водностью 2-3 г/ куб. м. Вначале испытания продолжались 2 часа при температуре (20±5)°С. Затем температура в камере увеличивалась до (35±5)°С., а время выдержки составляло 22 часа. После этого цикл повторялся. Общее количество циклов воздействия соляного тумана на образцы составляло 7, общая продолжительность воздействия составила 168 часов.Corrosion resistance tests were carried out in the chamber of Ascott CC-450 equipment by exposing the samples to salt spray with a water content of 2-3 g / cc. m. Initially, the tests lasted 2 hours at a temperature of (20 ± 5) ° C. Then the temperature in the chamber was increased to (35 ± 5) ° C., And the holding time was 22 hours. After that, the cycle was repeated. The total number of cycles of salt spray exposure on the samples was 7, the total duration of exposure was 168 hours.
После завершения испытаний был произведен визуальный осмотр испытываемых образцов. На поверхности образов с двойным покрытием, выполненным по описанной выше технологии методом PVD, никаких изменений на поверхности и следов коррозии не обнаружено. На всех образцах, которые имели один слой покрытия, наблюдалось отслоение покрытия и следы коррозии на поверхности под покрытием. Из этого следует, что предложенный способ получения аморфного наноструктурированного алмазоподобного покрытия, полученного методом PVD, обеспечивает защиту поверхности от коррозии.After completion of the tests, a visual inspection of the test specimens was carried out. On the surface of the samples with a double coating, made according to the above technology by the PVD method, no changes on the surface and traces of corrosion were found. All specimens that had one coating layer exhibited flaking of the coating and traces of corrosion on the surface under the coating. It follows from this that the proposed method for obtaining an amorphous nanostructured diamond-like coating obtained by the PVD method provides surface protection against corrosion.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020136453A RU2760018C1 (en) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | Method for producing an amorphous nanostructured diamond-like coating |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020136453A RU2760018C1 (en) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | Method for producing an amorphous nanostructured diamond-like coating |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2760018C1 true RU2760018C1 (en) | 2021-11-22 |
Family
ID=78719267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020136453A RU2760018C1 (en) | 2020-11-03 | 2020-11-03 | Method for producing an amorphous nanostructured diamond-like coating |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2760018C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2114210C1 (en) * | 1997-05-30 | 1998-06-27 | Валерий Павлович Гончаренко | Process of formation of carbon diamond-like coat in vacuum |
| RU2360032C1 (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальные технологии" | Method of obtaining wear-resisting ultra-hard coatings |
| RU2382116C2 (en) * | 2008-03-31 | 2010-02-20 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Method of depositing amorphous hydrocarbon coatings |
| RU2470407C2 (en) * | 2006-08-03 | 2012-12-20 | Крипсервис Сарл | Method and device for surface modification |
-
2020
- 2020-11-03 RU RU2020136453A patent/RU2760018C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2114210C1 (en) * | 1997-05-30 | 1998-06-27 | Валерий Павлович Гончаренко | Process of formation of carbon diamond-like coat in vacuum |
| RU2470407C2 (en) * | 2006-08-03 | 2012-12-20 | Крипсервис Сарл | Method and device for surface modification |
| RU2360032C1 (en) * | 2007-12-10 | 2009-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальные технологии" | Method of obtaining wear-resisting ultra-hard coatings |
| RU2382116C2 (en) * | 2008-03-31 | 2010-02-20 | Институт электрофизики Уральского отделения РАН | Method of depositing amorphous hydrocarbon coatings |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Altun et al. | The effect of DC magnetron sputtering AlN coatings on the corrosion behaviour of magnesium alloys | |
| Li et al. | Correlations between the growth mechanism and properties of micro-arc oxidation coatings on titanium alloy: Effects of electrolytes | |
| JP4263353B2 (en) | Corrosion-resistant coating method for metal substrate (substrate) by plasma polymerization | |
| RU2360032C1 (en) | Method of obtaining wear-resisting ultra-hard coatings | |
| Shoghi et al. | Pretreatment-free Ni− P plating on magnesium alloy at low temperatures | |
| Abusuilik et al. | Effects of intermediate surface treatments on corrosion resistance of cathodic arc PVD hard coatings | |
| Ko et al. | Formation of aluminum composite passive film on magnesium alloy by integrating sputtering and anodic aluminum oxidation processes | |
| CN114351110A (en) | Enhanced diamond-like carbon film and preparation method thereof | |
| Liu et al. | In vitro electrochemical corrosion behavior of functionally graded diamond-like carbon coatings on biomedical Nitinol alloy | |
| Molak et al. | Functional properties of the novel hybrid coatings combined of the oxide and DLC layer as a protective coating for AZ91E magnesium alloy | |
| Jinlong et al. | Dynamic tribochemical behavior of TiN/TiCN coated Ti6Al4V in artificial seawater | |
| Subramanian et al. | Evaluation of corrosion and wear resistance titanium nitride (TiN) coated on mild steel (MS) with brush plated nickel interlayer | |
| RU2760018C1 (en) | Method for producing an amorphous nanostructured diamond-like coating | |
| Xin et al. | Corrosion resistance of TiCN films prepared with combining multi-arc ion plating and magnetron sputtering technique | |
| Yang et al. | The electrochemical corrosion behavior of plasma electrolytic oxidation coatings fabricated on aluminum in silicate electrolyte | |
| Lucas et al. | Morphological and chemical characterization of oxide films produced by plasma anodization of 5052 aluminum alloy in solution containing sodium silicate and sodium phosphate | |
| RU2522874C1 (en) | Method to protect aluminium surface against corrosion | |
| Dorner et al. | Improvement of the corrosion resistance of C/Al-composites by diamond-like carbon coatings | |
| Sui et al. | Corrosion behavior of NiTi alloys coated with diamond-like carbon (DLC) fabricated by plasma immersion ion implantation and deposition | |
| Amiri et al. | Corrosion behavior of aluminum oxide coatings created by electrolytic plasma method under different potential regimes | |
| Verma et al. | Microstructural, wettability, and corrosion behaviour of TiO2 thin film sputtered on aluminium | |
| Zhao et al. | Effect of substrate bias voltage on structure and corrosion resistance of AlCrN coatings prepared by multi-arc ion plating | |
| Chen et al. | Filtered cathodic vacuum arc deposition of tetrahedral amorphous carbon thin films on surgical blades and its corrosion resistance in phosphate buffer solution (PBS) at pH 7.4 | |
| Rafieerad et al. | Vertically oriented ZrO2TiO2Nb2O5Al2O3 mixed nanopatterned bioceramics on Ti6Al7Nb implant assessed by laser spallation technique | |
| KR100671422B1 (en) | Aluminum film formation method by sputtering |