含類金剛石復合涂層及其制備方法與流程

本發明屬于薄膜材料技術領域，具體的是涉及一種含類金剛石復合涂層及其制備方法。

背景技術：

鋁合金、鈦合金等具有高比強度，耐磨性、耐腐蝕性好，抗疲勞能力強，質量輕等優異的性能，是航空航天、汽車、軌道交通等領域的理想結構材料，但是其難加工特性嚴重阻礙了這類材料的規模化應用。如鋁合金切削加工過程中出現的粘刀和積屑瘤現象嚴重，不僅影響后續碎屑的剝落，嚴重時會直接撕裂工件。鈦合金由于高溫化學活性高，導熱性差，彈性模量低，與其他金屬摩擦系數大等特性，造成切削溫度高，單位面積切削力大，刀具磨損嚴重，刀具壽命低以及表面加工質量差等問題，普通刀具已經難以滿足切削加工需求。因此全球刀具界都在嘗試各種方法如：刀片基底、幾何角度、涂層技術等來滿足鈦合金和鋁合金的加工需求。針對鈦合金和鋁合金的這種難加工要求，目前有些涂層如類金剛石脫穎而出。

類金剛石(DLC)是一種含有sp²和sp³鍵合特征的非晶碳材料，具有高硬度、低摩擦、良好的導熱及生物相容性能，在刀具、模具、零部件以及生物醫療器件等領域有著廣泛的應用前景。適用于加工鈦、鋁等有色金屬，但是由于高的殘余應力導致涂層易剝落，膜基結合強度低，且韌性較差，極大限制了類金剛石涂層的工業應用。為了解決該技術問題，目前研究人員大多采取了摻雜和多層結構設計來優化類金剛石涂層的性能。有關類金剛石復合涂層的工作報道多是含金屬摻雜的類金剛石。

如報道了TiC-DLC結構，其是采用電弧離子鍍技術，利用鈦靶和乙炔氣體，在100～400℃下制備了TiC摻雜的DLC復合涂層。具體制備方法如下：鍍膜室內通入乙炔氣體，利用電弧離子鍍的高離化率把Ti離子從Ti靶蒸發出來。同時利用電弧放電產生的強的等離子體離化通入真空室的乙炔，把乙炔解離成C離子和H離子，C離子和Ti離子在Ti靶表面反應生成TiC，由于Ti與C之間的強親和力，最后TiC相間會形成DLC相，從而獲得碳化鈦摻雜的類金剛石膜。

這種利用電弧離子鍍制備TiC-DLC復合涂層的方法雖然能夠減小類金剛石的應力，增加涂層的韌性和膜基結合力，該方法雖然有效的利用了靶中毒過程，但是靶中毒會造成頻繁的更換靶材，操作復雜，增加了生產成本；TiC和DLC的含量不易控制，對涂層的整體性能會有較大的影響。另外電弧離子鍍在沉積過程中容易形成大顆粒，造成涂層表面不夠光滑致密，也會影響涂層的耐磨耐腐蝕性能。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種含類金剛石復合涂層及其制備方法，以解決現有類金剛石復合涂層存在表面不夠光滑致密，耐磨耐腐蝕性能不理想的技術問題。

本發明的另一目的在于提供一種耐磨器件，以解決現有耐磨器件存在的硬度、抗磨損不理想的技術問題。

為了實現上述發明目的，本發明的一方面，提供了一種含類金剛石復合涂層。所述含類金剛石復合涂層包括結合在基底表面的過渡金屬層，由所述基底向所述過渡金屬層延伸方法，還包括依次結合在所述過渡金屬層表面的過渡金屬硼化物層、類金剛石層，且所述過渡金屬硼化物層與類金剛石層至少為1次的交替層疊結合，并在最外層為所述過渡金屬硼化物層。

本發明的另一方面，提供了一種含類金剛石復合涂層的制備方法。所述制備方法包括如下步驟：

將基底進行預清洗處理后對其進行離子刻蝕處理；

采用電弧沉積法將過渡金屬沉積在經所述離子刻蝕處理的所述基底表面上，形成過渡金屬層；

將過渡金屬硼化物采用磁控濺射沉積在所述過渡金屬層表面上，形成過渡金屬硼化物層；

在所述過渡金屬硼化物層表面沉積類金剛石層；

重復至少1次依次形成所述過渡金屬硼化物層的步驟和沉積所述類金剛石層的步驟，并最后進行形成過渡金屬層的步驟。

本發明的又一方面，提供了一種耐磨器件。所述耐磨器件包括器件本體，在所述器件本體表面結合有本發明含類金剛石復合涂層或由本發明制備方法制備的含類金剛石復合涂層，且所述含類金剛石復合涂層所含的過渡金屬層與所述器件本體表面結合。

與現有技術相比，本發明含類金剛石復合涂層采用通過設置過渡金屬層和結合在過渡金屬層表面的交替結合的過渡金屬硼化物層、類金剛石層，使得該多層結構協同作用，從而實現充分緩解類金剛石層本身的內應力，同時也有效地增加了本發明含類金剛石復合涂層與基材之間的結合力，提高了本發明含類金剛石復合涂層整體韌性以及耐磨耐腐蝕性能。另外，交替結合的過渡金屬硼化物層和類金剛石層多層結構與鈦合金和鋁合金不發生粘結，是十分理想的鈦合金、鋁合金加工用復合涂層。

本發明含類金剛石復合涂層制備方法采用電弧沉積法形成過渡金屬層，并在過渡金屬層表面形成交替結合的過渡金屬硼化物層、類金剛石層的多層結構，從而使得各層之間發生作用，充分緩解類金剛石層本身的內應力，有效地增加了涂層與基材之間的結合力，提高了涂層的整體韌性以及耐磨耐腐蝕性能。另外，該制備方法能夠有效對各靶材的量進行控制，從而能夠有效對各層的質量性能進行控制，從而提高了沉積的含類金剛石復合涂層質量性能穩定性，而且該制備方法避免了繁瑣的制備工藝，不僅保證了沉積的含類金剛石復合涂層性能的穩定性，而且有效降低了其制備成本。

本發明耐磨器件由于在器件本體表面形成有本發明含類金剛石復合涂層，因此，本發明耐磨器件強度高的基礎上韌性強，耐磨耐腐蝕性能優異，而且涂層與器件本體之間的結合力強。

附圖說明

圖1是本發明實施例含類金剛石復合涂層的一種結構示意圖；

圖2是本發明實施例含類金剛石復合涂層的另一種結構示意圖；

圖3是本發明實施例含類金剛石復合涂層的又一種結構示意圖；

圖4是本發明實施例含類金剛石復合涂層制備方法流程圖。

具體實施方式

為了使本發明要解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例與附圖，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

一方面，本發明實施例提供了一種含類金剛石復合涂層。所述含類金剛石復合涂層的結構如題1-3所示，其包括結合在基底10表面的過渡金屬層20，由基底10向過渡金屬層20延伸方法，還包括依次結合在過渡金屬層20表面的過渡金屬硼化物層30、類金剛石層40，且過渡金屬硼化物層30與類金剛石層40至少為1次的交替層疊結合，并在最外層為所述過渡金屬硼化物層30。

其中，過渡金屬硼化物層30與類金剛石層40至少為1次的交替層疊結合次數可以是n次，其中，n≥1，且為整數。

當過渡金屬硼化物層30與類金剛石層40為1次的交替層疊結合時，即是n＝1時，本發明實施例含類金剛石復合涂層如圖1所示，具體的其結構為：在基底10上依次層疊結合的過渡金屬層20、過渡金屬硼化物層31、類金剛石層40和過渡金屬硼化物層32。

當過渡金屬硼化物層30與類金剛石層40為2次的交替層疊結合時，即是n＝2時，本發明實施例含類金剛石復合涂層如圖2所示，具體的其結構為：在基底10上依次層疊結合的過渡金屬層20、過渡金屬硼化物層31、類金剛石層41、過渡金屬硼化物層32、類金剛石層42和過渡金屬硼化物層33。

當過渡金屬硼化物層30與類金剛石層40為n次的交替層疊結合時，即是n≥3時，本發明實施例含類金剛石復合涂層如圖3所示，具體的其結構為：在基底10上依次層疊結合的過渡金屬層20、(過渡金屬硼化物層31\類金剛石層41)*n和過渡金屬硼化物層3(n+1)。

這樣，上述各實施例中含類金剛石復合涂層采用通過設置過渡金屬層20和結合在過渡金屬層表面的交替結合的過渡金屬硼化物層30、類金剛石層40，使得該多層結構協同作用，從而實現充分緩解類金剛石層本身的內應力，同時也有效地增加了含類金剛石復合涂層與基材之間的結合力，提高了含類金剛石復合涂層整體韌性以及耐磨耐腐蝕性能。由于上述各實施例中含類金剛石復合涂層交替結合的過渡金屬硼化物層30和類金剛石層多層40結構與鈦合金和鋁合金不發生粘結，是十分理想的鈦合金、鋁合金加工用復合涂層。

其中，上述各實施例中含類金剛石復合涂層所含的過渡金屬層20不僅可以增加與基底10之間的結合力，而且有利于涂層內應力的釋放，增加了涂層的耐磨性能，減少了涂層在使用過程中的脫落。為了有效發揮其作用，在一實施例中，該過渡金屬層20的厚度控制為10nm-500nm。在另一實施例中，該過渡金屬層20中的過渡金屬元素為Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Os、Ir等過渡金屬元素中的至少一種。形成所述過渡金屬層20的方法可以采用電弧沉積法沉積制備獲得，具體的其制備方法可以參見下文含類金剛石復合涂層制備方法中的所述過渡金屬層20形成方法。

上述各實施例中含類金剛石復合涂層所含的過渡金屬硼化物層30，具體的如過渡金屬硼化物層31、過渡金屬硼化物層32、過渡金屬硼化物層33、、、過渡金屬硼化物層3(n+1)與類金剛石層40交替相結合，使得過渡金屬硼化物層30對類金剛石層40的性能進行改性，使得交替結合的兩類層結構協同作用，從而實現充分緩解類金剛石層本身的內應力，提高了上述含類金剛石復合涂層整體韌性和耐磨耐腐蝕性能以及強度，同時該交替結合的兩類層結構與鈦合金和鋁合金不發生粘結，是十分理想的鈦合金、鋁合金加工用復合涂層。

因此，為了有效發揮該交替結合的兩類層結構作用，在一實施例中，該過渡金屬硼化物層30的厚度為10nm-2μm，在另一實施例中，該過渡金屬硼化物層30中的過渡金屬元素為Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Os、Ir等過渡金屬元素中的至少一種，當然，上述過渡金屬硼化物層31、過渡金屬硼化物層32、過渡金屬硼化物層33、、、過渡金屬硼化物層3(n+1)各層的厚度、所含過渡金屬元素均可以相同也可以不同，同時，該過渡金屬硼化物層30中的過渡金屬元素與上述過渡金屬層20中的過渡金屬元素可以相同也可以不相同。形成所述過渡金屬硼化物層30的方法可以采用磁控濺射沉積法沉積制備獲得，具體的其制備方法可以參見下文含類金剛石復合涂層制備方法中的所述過渡金屬層30形成方法。

一實施例中，上述類金剛石層40的厚度為10nm-2μm。另外，上述類金剛石層41、類金剛石層42、類金剛石層4n各層的厚度可以相同也可以不同。形成所述類金剛石層40的方法可以采用濺射沉積法沉積制備獲得，具體的其制備方法可以參見下文含類金剛石復合涂層制備方法中的所述類金剛石層40形成方法。

另外，上述各實施例中的含類金剛石復合涂層可以通過控制各層結構的厚度，從而控制總的厚度為0.5～30μm。從而使涂層不會太薄而降低耐磨性，也不會因為太厚而使殘余應力過大，從而提高了涂層的整體韌性，耐磨性等性能。

上述各實施例中的基底是作為上述各實施例含類金剛石復合涂層的載體，其可以是相應的耐磨或者生物相容性好的器具本體，具體的如刀具、模具、零部件、生物醫療器件中的任一種。其材料可以是但不僅僅為碳素鋼、不銹鋼、高速鋼、硬質合金、陶瓷中的任一種。

相應地，本發明實施例還提供了一種關于上文所述含類金剛石復合涂層的制備方法。該制備方法流程如圖4所示，同時請參見含類金剛石復合涂層結構圖1-3，包括如下步驟：

S01.對基底清洗刻蝕處理：將基底10進行預清洗處理后對其進行離子刻蝕處理；

S02.在基底表面沉積過渡金屬層：采用電弧沉積法將過渡金屬沉積在經所述離子刻蝕處理的所述基底10表面上，形成過渡金屬層20；

S03.在過渡金屬層表面沉積過渡金屬硼化物層：將過渡金屬硼化物采用磁控濺射沉積在所述過渡金屬層20表面上，形成過渡金屬硼化物層30；

S04.在過渡金屬硼化物層表面沉積類金剛石層：在所述過渡金屬硼化物層30表面沉積類金剛石層40；

S05.交替周期的沉積過渡金屬硼化物層和類金剛石層：重復至少1次依次形成所述過渡金屬硼化物層30的步驟和沉積所述類金剛石層40的步驟，并最后進行形成過渡金屬層30的步驟。

具體地，上述步驟S01中的基底10即為上文中用于負載本發明實施例含類金剛石復合涂層的基底10，如可以是刀具、模具、零部件、生物醫療器件中的任一種。其材料可以是但不僅僅為碳素鋼、不銹鋼、高速鋼、硬質合金、陶瓷中的任一種。為了提高本發明實施例含類金剛石復合涂層與基底10的結合強度，事先對其進行預清洗處理和離子刻蝕處理，以除去其表面的雜質并對表面進行改善。

其中，在一實施例中，所述預清洗處理包括先對所述基底10進行溶劑清洗處理，后對所述基底進行輝光清洗處理的步驟。在具體實施例中，該溶劑清洗處理方法是先用蒸餾水進行超聲清洗10～30min，再用丙酮溶液超聲清洗10～30min，然后無水乙醇溶液中超聲清洗10～30min，最后用干燥氮氣將樣品表面吹干后于80～150℃干燥。

對于基底10輝光清洗處理方法可以如下：

當將被溶劑清洗后的基底10置于真空室內，真空室壓強抽到5.0×10^-3Pa以后，打開加熱電源對真空室進行加熱烘烤，加熱溫度為100～500℃，加熱過程中開啟轉架系統，使樣品進行公自轉；當真空度達到3.0×10^-3Pa時，開始進行輝光清洗；具體輝光清洗是：打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質量流量計向真空室內通入氬氣，氬氣流量100～500sccm,工作壓強為0.5～1.7Pa，基底偏壓-300～-800V，對基底進行輝光清洗，清洗時間10～30min。

該步驟S01中的離子刻蝕處理能夠改善基底10表面性能，從而提高沉積形成的含類金剛石復合涂層與基底的結合強度。在一實施例中，離子刻蝕處理方法是開啟離子源對所述預清洗處理后的基底10進行離子轟擊清洗，離子源電壓為50～90V，氬氣流量70～300sccm,工作壓強0.5～1.2Pa,基底偏壓為-100～-800V；刻蝕清洗時間10～30min。

上述步驟S02中形成所述過渡金屬層20的方法是：

將經離子刻蝕后的基底10置于真空腔室，通入氬氣，流量為50～400sccm，調節真空腔室內壓強為0.2～1.3Pa，開啟過渡金屬電弧靶，靶電流為80～200A，基底偏壓-100～-300V，進行的沉積2～10min。另外，通過沉積時間的控制，實現對沉積形成的過渡金屬層20厚度的控制，如使得沉積形成的過渡金屬層20厚度為10nm-500nm。采用電弧沉積法制備的過渡金屬層可以與基底形成良好的附著力，并且涂層結構致密，從而有利于本發明中整體涂層的結合力的提高。

上述步驟S03中形成所述過渡金屬硼化物層30的方法是：

將沉積有所述過渡金屬層20的基底10置于真空室內后，通入氬氣，并調節真空室內的壓強至0.4～1.0Pa，調節過渡金屬硼化物磁控靶的靶電壓為300～500V，靶電流為2～10A，基底偏壓-30～-300V，進行沉積50～300min。另外，通過沉積時間的控制，實現對沉積形成的過渡金屬硼化物層30厚度的控制，如使得沉積形成的過渡金屬硼化物層30厚度為10nm-2μm。采用磁控濺射法沉積過渡金屬硼化物能夠提高沉積速率，降低工作氣壓，可實現低溫沉積，同時能夠使得沉積的過渡金屬硼化物層30有效結合在過渡金屬層20或在下述S05步驟處理后結合在類金剛石層40上，增強層結構的結合強度，并使得過渡金屬硼化物層30分別與過渡金屬層20、類金剛石層40發揮作用，使得涂層內應力的釋放，增加了涂層的耐磨性能。

上述步驟S04中沉積所述類金剛石層40的方法是：

將進行沉積所述過渡金屬硼化物層后的基底置于真空室內后，通入乙炔，并調節真空室內的壓強至0.5～1.0Pa，離子源電壓為50～100V，基底偏壓-30～-300V，進行沉積20～100min。通過控制該沉積條件，使得沉積形成的類金剛石層40具有高硬度、低摩擦、良好的導熱及生物相容性能。另外，通過沉積時間的控制，實現對沉積形成的類金剛石層40厚度的控制，如使得沉積形成的類金剛石層40厚度為10nm-2μm。

上述步驟S05中交替周期的沉積過渡金屬硼化物層30和類金剛石層40的方法分別參照上述步驟S03中沉積過渡金屬硼化物層30和上述步驟S04中類金剛石層40的方法，依次重復沉積過渡金屬硼化物層30和類金剛石層40的次數可以是1次、2次、、、n次，可以通過重復的次數，使得最終形成的含類金剛石復合涂層總厚度為0.5～30μm。

待上述步驟S05之后，關閉離子源電源以及偏壓電源，然后關閉氣體質量流量計和氣瓶主閥和減壓閥；設置降溫程序，待溫度降到100℃以下后，關閉高閥，打開放氣閥，待真空室內壓強與外界氣壓一致時，打開真空室門，然后將樣品取出。

另外，在上述步驟S02中的電弧沉積、步驟S03和S04中的磁控濺射沉積過程中相關的所述電弧靶、磁控靶以及離子源可以安裝在同一真空腔室的內壁上，輝光清洗、離子源清洗以及涂層的制備都可以是在所述同一真空腔室中完成。

因此，上述含類金剛石復合涂層制備方法采用電弧沉積法形成過渡金屬層20，并在過渡金屬層20表面形成交替結合的過渡金屬硼化物層30、類金剛石層40的多層結構，從而使得各層之間發生作用，充分緩解類金剛石層40本身的內應力，有效地增加了涂層與基材10之間的結合力，提高了涂層的整體韌性以及耐磨耐腐蝕性能。另外，該制備方法能夠有效對各靶材的量進行控制，從而能夠有效對各層的質量性能進行控制，從而提高了沉積的含類金剛石復合涂層質量性能穩定性，而且該制備方法避免了繁瑣的制備工藝，不僅保證了沉積的含類金剛石復合涂層性能的穩定性，而且有效降低了其制備成本。

再一方面，在上文含類金剛石復合涂層及其制備方法的基礎上，本發明實施例還提供了一種耐磨器件。所述耐磨器件包括器件本體，在所述器件本體表面結合有本發明含類金剛石復合涂層或由本發明制備方法制備的含類金剛石復合涂層，且所述含類金剛石復合涂層所含的過渡金屬層與所述器件本體表面結合。其中，所述器件本體可以為刀具、模具、零部件、生物醫療器件中的任一種。這樣本發明實施例耐磨器件由于在器件本體表面形成有上文所述的含類金剛石復合涂層，因此，本發明實施例耐磨器件強度高的基礎上韌性強，耐磨耐腐蝕性能優異，而且涂層與器件本體之間的結合力強。如當器件本體為刀具時，結合有上文所述的含類金剛石復合涂層的刀具可以用來切削加工鋁合金和鈦合金這些高強度難加工的材料，能夠有效避免如鋁合金切削加工粘刀和積屑瘤現象發生，從而利后續碎屑的剝落，避免撕裂工件；避免鈦合金加工中對刀具磨損，延長了刀具壽命低，提高了加工質量。

現結合具體實例，對本發明實施例含類金剛石復合涂層的結構及其制備方法進行進一步詳細說明。

實施例1

本發明提供一種含類金剛石復合涂層，其在YG6硬質合金樣品的表面依次沉積有過渡金屬層/(TiB₂層/類金剛石層)*n/TiB₂層；其中，(TiB₂層/類金剛石層)*n表示TiB₂層/類金剛石層交替結合的多層結構，n＝1；過渡金屬層中過渡金屬為Ti，其厚度為10nm；TiB₂層厚度為10nm，類金剛石層厚度為10nm。

其制備方法如下：

S11.預處理：首先將YG6硬質合金樣品放入蒸餾水中超聲清洗10min，再將樣品放入丙酮溶液中超聲清洗10min，之后再將樣品放入無水乙醇溶液中超聲清洗10min，然后用干燥氮氣將樣品表面吹干，最后再將樣品放入鼓風干燥箱中120℃烘干；并將烘干后的樣片，固定在離子源/磁控濺射復合鍍膜設備中的轉架上；關閉真空室門，打開水冷機將離子源、磁控靶、多弧靶、分子泵、真空腔室的水路接通，打開空壓機和復合鍍膜機總電源，然后開啟機械泵和旁抽閥以及分子泵，使分子泵進入爬升狀態；當分子泵達到全速以后，關閉旁抽閥，打開粗抽閥，對真空室進行粗抽；當真空室內壓強達到10Pa以下后，再次打開旁抽閥；當真空室壓強達到3Pa以下后，關閉粗抽閥，開啟高閥對真空室抽高真空。當真空室壓強抽到5.0×10^-3Pa以后，打開加熱電源對真空室進行加熱烘烤，加熱溫度為100℃，加熱過程中開啟轉架系統，使樣品進行公自轉；當真空度達到3.0×10^-3Pa時，開始進行輝光清洗；

S12.輝光清洗：打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質量流量計向真空室內通入氬氣，氬氣流量100sccm,工作壓強為0.5Pa,基底偏壓-300V，對基底進行輝光清洗，清洗時間10min；

S13.離子刻蝕清洗：輝光清洗結束后，開啟離子源對樣品進行離子轟擊清洗，離子源電壓為50～90V，氬氣流量70sccm,工作壓強0.5Pa,基底偏壓為-100V；清洗時間10min；

S14.金屬過渡層的沉積：離子刻蝕清洗結束后，通入氬氣，流量為50sccm,調節真空室壓強為0.2Pa，開啟過渡金屬電弧靶，靶電流為80A，基底偏壓-100V進行金屬過渡層的沉積，沉積時間為2min；

S15.TiB₂的沉積：金屬過渡層沉積結束后，通入氬氣，調節質量流量計使真空室內的壓強為0.4Pa，調節TiB₂磁控靶的靶電壓為300V，靶電流為2A，基底偏壓-30V，進行TiB₂的沉積，沉積時間50min；

S16.類金剛石層的沉積：TiB₂沉積結束后打開乙炔氣瓶的主閥，然后打開減壓閥和質量流量計向真空室中通入乙炔，調節質量流量計使真空室內的壓強為0.5Pa,離子源電壓為50～100V,基底偏壓-30V，進行DLC的沉積，沉積時間為20min；

S17.依次重復步驟S15和步驟S16制備出TiB₂與類金剛石的多層復合結構涂層，其中最外層沉積的是TiB₂；

S18.涂層沉積結束后，關閉離子源電源以及偏壓電源，然后關閉氣體質量流量計和氣瓶主閥和減壓閥；設置降溫程序，待溫度降到100℃以下后，關閉高閥，打開放氣閥，待真空室內壓強與外界氣壓一致時，打開真空室門，然后將樣品取出。

實施例2

本發明提供一種含類金剛石復合涂層，其在YG6硬質合金樣品的表面依次沉積有過渡金屬層/(WB₂層/類金剛石層)*n/WB₂層；其中，(WB₂層/類金剛石層)*n表示WB₂層/類金剛石層交替結合的多層結構，n＝5；過渡金屬層中過渡金屬為W，其厚度為10nm；WB₂層厚度為500nm，類金剛石層厚度為500nm。

其制備方法如下：

S21.預處理：首先將YG6硬質合金樣品放入蒸餾水中超聲清洗10min，再將樣品放入丙酮溶液中超聲清洗15min，之后再將樣品放入無水乙醇溶液中超聲清洗20min，然后用干燥氮氣將樣品表面吹干，最后再將樣品放入鼓風干燥箱中140℃烘干；并將烘干后的樣片，固定在離子源/磁控濺射復合鍍膜設備中的轉架上；關閉真空室門，打開水冷機將離子源、磁控靶、多弧靶、分子泵、真空腔室的水路接通，打開空壓機和復合鍍膜機總電源，然后開啟機械泵和旁抽閥以及分子泵，使分子泵進入爬升狀態；當分子泵達到全速以后，關閉旁抽閥，打開粗抽閥，對真空室進行粗抽；當真空室內壓強達到10Pa以下后，再次打開旁抽閥；當真空室壓強達到3Pa以下后，關閉粗抽閥，開啟高閥對真空室抽高真空。當真空室壓強抽到5.0×10^-3Pa以后，打開加熱電源對真空室進行加熱烘烤，加熱溫度為300℃，加熱過程中開啟轉架系統，使樣品進行公自轉；當真空度達到3.0×10^-3Pa時，開始進行輝光清洗；

S22.輝光清洗：打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質量流量計向真空室內通入氬氣，氬氣流量300sccm,工作壓強為1.1Pa,基底偏壓-400V，對基底進行輝光清洗，清洗時間10min；

S23.離子刻蝕清洗：輝光清洗結束后，開啟離子源對樣品進行離子轟擊清洗，離子源電壓為50～90V，氬氣流量250sccm,工作壓強0.8Pa,基底偏壓為-400V；清洗時間10min；

S24.金屬過渡層的沉積：離子刻蝕清洗結束后，通入氬氣，流量為200sccm,調節真空室壓強為0.8Pa，開啟過渡金屬電弧靶，靶電流為100A，基底偏壓-100V進行金屬過渡層的沉積，沉積時間為2min；

S25.WB₂的沉積：金屬過渡層沉積結束后，通入氬氣，調節質量流量計使真空室內的壓強為0.6Pa，調節WB₂磁控靶的靶電壓為300V，靶電流為2A，基底偏壓-100V，進行WB₂的沉積，沉積時間100min；

S26.類金剛石層的沉積：WB₂沉積結束后打開乙炔氣瓶的主閥，然后打開減壓閥和質量流量計向真空室中通入乙炔，調節質量流量計使真空室內的壓強為0.6Pa,離子源電壓為50～100V,基底偏壓-30V，進行DLC的沉積，沉積時間為20min；

S27.依次重復步驟S25和步驟S26制備出WB₂與類金剛石的多層復合結構涂層，其中最外層沉積的是WB₂；

S28.涂層沉積結束后，關閉離子源電源以及偏壓電源，然后關閉氣體質量流量計和氣瓶主閥和減壓閥；設置降溫程序，待溫度降到100℃以下后，關閉高閥，打開放氣閥，待真空室內壓強與外界氣壓一致時，打開真空室門，然后將樣品取出。

實施例3

本發明提供一種含類金剛石復合涂層，其在YG6硬質合金樣品的表面依次沉積有過渡金屬層/(NbB₂層/類金剛石層)*n/NbB₂層；其中，(NbB₂層/類金剛石層)*n表示NbB₂層/類金剛石層交替結合的多層結構，n＝15；過渡金屬層中過渡金屬為Nb，其厚度為200nm；NbB₂層厚度為1μm，類金剛石層厚度為1μm。

其制備方法如下：

S31.預處理：首先將YG6硬質合金樣品放入蒸餾水中超聲清洗20min，再將樣品放入丙酮溶液中超聲清洗30min，之后再將樣品放入無水乙醇溶液中超聲清洗20min，然后用干燥氮氣將樣品表面吹干，最后再將樣品放入鼓風干燥箱中150℃烘干；并將烘干后的樣片，固定在離子源/磁控濺射復合鍍膜設備(如圖3所示)中的轉架上；關閉真空室門，打開水冷機將離子源、磁控靶、多弧靶、分子泵、真空腔室的水路接通，打開空壓機和復合鍍膜機總電源，然后開啟機械泵和旁抽閥以及分子泵，使分子泵進入爬升狀態；當分子泵達到全速以后，關閉旁抽閥，打開粗抽閥，對真空室進行粗抽；當真空室內壓強達到10Pa以下后，再次打開旁抽閥；當真空室壓強達到3Pa以下后，關閉粗抽閥，開啟高閥對真空室抽高真空。當真空室壓強抽到5.0×10^-3Pa以后，打開加熱電源對真空室進行加熱烘烤，加熱溫度為500℃，加熱過程中開啟轉架系統，使樣品進行公自轉；當真空度達到3.0×10^-3Pa時，開始進行輝光清洗；

S32.輝光清洗：打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質量流量計向真空室內通入氬氣，氬氣流量100sccm，工作壓強為0.5Pa,基底偏壓-400V，對基底進行輝光清洗，清洗時間20min；

S33.離子刻蝕清洗：輝光清洗結束后，開啟離子源對樣品進行離子轟擊清洗，離子源電壓為50～90V，氬氣流量300sccm,工作壓強1.2Pa,基底偏壓為-600V；清洗時間30min；

S34.金屬過渡層的沉積：離子刻蝕清洗結束后，通入氬氣，流量為400sccm,調節真空室壓強為1.3Pa，開啟過渡金屬電弧靶，靶電流為100A，基底偏壓-300V進行金屬過渡層的沉積，沉積時間為5min；

S35.NbB₂的沉積：金屬過渡層沉積結束后，通入氬氣，調節質量流量計使真空室內的壓強為1.0Pa，調節NbB₂磁控靶的靶電壓為400V，靶電流為5A，基底偏壓-300V，進行NbB₂的沉積，沉積時間100min；

S36.類金剛石層的沉積：NbB₂沉積結束后打開乙炔氣瓶的主閥，然后打開減壓閥和質量流量計向真空室中通入乙炔，調節質量流量計使真空室內的壓強為0.8Pa,離子源電壓為50～100V,基底偏壓-100V，進行DLC的沉積，沉積時間為50min；

S37.依次重復步驟S35和步驟S36制備出NbB₂與類金剛石的多層復合結構涂層，其中最外層沉積的是NbB₂；

S38.涂層沉積結束后，關閉離子源電源以及偏壓電源，然后關閉氣體質量流量計和氣瓶主閥和減壓閥；設置降溫程序，待溫度降到100℃以下后，關閉高閥，打開放氣閥，待真空室內壓強與外界氣壓一致時，打開真空室門，然后將樣品取出。

實施例4

本發明提供一種含類金剛石復合涂層，其在YG6硬質合金樣品的表面依次沉積有過渡金屬層/(VB₂層/類金剛石層)*n/VB₂層；其中，(VB₂層/類金剛石層)*n表示VB₂層/類金剛石層交替結合的多層結構，n＝20；過渡金屬層中過渡金屬為V，其厚度為400nm；VB₂層厚度為1.5μm，類金剛石層厚度為1.5μm。

其制備方法如下：

S41.預處理：首先將YG6硬質合金樣品放入蒸餾水中超聲清洗30min，再將樣品放入丙酮溶液中超聲清洗20min，之后再將樣品放入無水乙醇溶液中超聲清洗20min，然后用干燥氮氣將樣品表面吹干，最后再將樣品放入鼓風干燥箱中150℃烘干；并將烘干后的樣片，固定在離子源/磁控濺射復合鍍膜設備(如圖3所示)中的轉架上；關閉真空室門，打開水冷機將離子源、磁控靶、多弧靶、分子泵、真空腔室的水路接通，打開空壓機和復合鍍膜機總電源，然后開啟機械泵和旁抽閥以及分子泵，使分子泵進入爬升狀態；當分子泵達到全速以后，關閉旁抽閥，打開粗抽閥，對真空室進行粗抽；當真空室內壓強達到10Pa以下后，再次打開旁抽閥；當真空室壓強達到3Pa以下后，關閉粗抽閥，開啟高閥對真空室抽高真空。當真空室壓強抽到5.0×10^-3Pa以后，打開加熱電源對真空室進行加熱烘烤，加熱溫度為500℃，加熱過程中開啟轉架系統，使樣品進行公自轉；當真空度達到3.0×10^-3Pa時，開始進行輝光清洗；

S42.輝光清洗：打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質量流量計向真空室內通入氬氣，氬氣流量500sccm，工作壓強為1.7Pa,基底偏壓-800V，對基底進行輝光清洗，清洗時間20min；

S43.離子刻蝕清洗：輝光清洗結束后，開啟離子源對樣品進行離子轟擊清洗，離子源電壓為50～90V，氬氣流量300sccm,工作壓強1.2Pa,基底偏壓為-600V；清洗時間30min；

S44.金屬過渡層的沉積：離子刻蝕清洗結束后，通入氬氣，流量為400sccm,調節真空室壓強為1.3Pa，開啟過渡金屬電弧靶，靶電流為200A，基底偏壓-500V進行金屬過渡層的沉積，沉積時間為10min；

S45.VB₂的沉積：金屬過渡層沉積結束后，通入氬氣，調節質量流量計使真空室內的壓強為1.0Pa，調節VB₂磁控靶的靶電壓為400V，靶電流為8A，基底偏壓-300V，進行VB₂的沉積，沉積時間200min；

S46.類金剛石層的沉積：VB₂沉積結束后打開乙炔氣瓶的主閥，然后打開減壓閥和質量流量計向真空室中通入乙炔，調節質量流量計使真空室內的壓強為0.8Pa,離子源電壓為50～100V,基底偏壓-200V，進行DLC的沉積，沉積時間為50min；

S47.依次重復步驟S35和步驟S36制備出VB₂與類金剛石的多層復合結構涂層，其中最外層沉積的是VB₂；

S48.涂層沉積結束后，關閉離子源電源以及偏壓電源，然后關閉氣體質量流量計和氣瓶主閥和減壓閥；設置降溫程序，待溫度降到100℃以下后，關閉高閥，打開放氣閥，待真空室內壓強與外界氣壓一致時，打開真空室門，然后將樣品取出。

實施例5

本發明提供一種含類金剛石復合涂層，其在YG6硬質合金樣品的表面依次沉積有過渡金屬層/(ZrB₂層/類金剛石層)*n/ZrB₂層；其中，(ZrB₂層/類金剛石層)*n表示ZrB₂層/類金剛石層交替結合的多層結構，n＝20；過渡金屬層中過渡金屬為Zr，其厚度為500nm；ZrB₂層厚度為2μm，類金剛石層厚度為2μm。

其制備方法如下：

S51.預處理：首先將YG6硬質合金樣品放入蒸餾水中超聲清洗20min，再將樣品放入丙酮溶液中超聲清洗30min，之后再將樣品放入無水乙醇溶液中超聲清洗30min，然后用干燥氮氣將樣品表面吹干，最后再將樣品放入鼓風干燥箱中150℃烘干；并將烘干后的樣片，固定在離子源/磁控濺射復合鍍膜設備(如圖3所示)中的轉架上；關閉真空室門，打開水冷機將離子源、磁控靶、多弧靶、分子泵、真空腔室的水路接通，打開空壓機和復合鍍膜機總電源，然后開啟機械泵和旁抽閥以及分子泵，使分子泵進入爬升狀態；當分子泵達到全速以后，關閉旁抽閥，打開粗抽閥，對真空室進行粗抽；當真空室內壓強達到10Pa以下后，再次打開旁抽閥；當真空室壓強達到3Pa以下后，關閉粗抽閥，開啟高閥對真空室抽高真空。當真空室壓強抽到5.0×10^-3Pa以后，打開加熱電源對真空室進行加熱烘烤，加熱溫度為500℃，加熱過程中開啟轉架系統，使樣品進行公自轉；當真空度達到3.0×10^-3Pa時，開始進行輝光清洗；

S52.輝光清洗：打開氬氣瓶主閥，減壓閥、離子源閥、弧閥和靶閥以及質量流量計向真空室內通入氬氣，氬氣流量500sccm，工作壓強為1.7Pa,基底偏壓-300V，對基底進行輝光清洗，清洗時間30min；

S53.離子刻蝕清洗：輝光清洗結束后，開啟離子源對樣品進行離子轟擊清洗，離子源電壓為50～90V，氬氣流量300sccm,工作壓強1.2Pa,基底偏壓為-800V；清洗時間30min；

S54.金屬過渡層的沉積：離子刻蝕清洗結束后，通入氬氣，流量為200sccm,調節真空室壓強為0.8Pa，開啟過渡金屬電弧靶，靶電流為200A，基底偏壓-300V進行金屬過渡層的沉積，沉積時間為10min；

S55.ZrB₂的沉積：金屬過渡層沉積結束后，通入氬氣，調節質量流量計使真空室內的壓強為0.8Pa，調節ZrB₂磁控靶的靶電壓為500V，靶電流為8A，基底偏壓-300V，進行ZrB₂的沉積，沉積時間300min；

S56.類金剛石層的沉積：ZrB₂沉積結束后打開乙炔氣瓶的主閥，然后打開減壓閥和質量流量計向真空室中通入乙炔，調節質量流量計使真空室內的壓強為1.0Pa,離子源電壓為50～100V,基底偏壓-300V，進行DLC的沉積，沉積時間為100min；

S57.依次重復步驟S35和步驟S36制備出ZrB₂與類金剛石的多層復合結構涂層，其中最外層沉積的是ZrB₂；

S58.涂層沉積結束后，關閉離子源電源以及偏壓電源，然后關閉氣體質量流量計和氣瓶主閥和減壓閥；設置降溫程序，待溫度降到100℃以下后，關閉高閥，打開放氣閥，待真空室內壓強與外界氣壓一致時，打開真空室門，然后將樣品取出。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。