一种多弧离子镀镀膜的方法技术

本发明专利技术涉及一种多弧离子镀镀膜的方法，其特征在于：在多弧源发射等离子体的同时，在真空室内设置空心阴极装置，用空心阴极电子枪向阳极发射高能等离子体电子束，使等离子体电子束与多弧源发射的等离子体进行相互交叉运动，其空心阴极电子枪发射等离子体电子束的工艺参数为：空心阴极电流70~220A；占空比10~90%；脉冲偏压幅值-50~-1000V；氮气分压：1×10-1~5×10-1Pa；氩气分压：2×10-1~8×10-1Pa。其可以在不降低原多弧离子镀沉积效率的同时，明显减小并减少涂层表面的大颗粒缺陷，从而提高了涂层的质量和使用性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种物理气相沉积(PVD)的方法，特别是涉及。
技术介绍
氮化物涂层、碳化物涂层、碳氮化物涂层是应用较多的超硬涂层及功能涂层。人们在制备这些涂层以及提高其涂层质量和性能等方面开展了多方面的研究工作，研发出多种物理气相沉积(PVD)制备方法，如多弧离子镀(MAIP)、磁控溅射(MS)、空心阴极离子镀 (HCD)、离子束辅助沉积(IBAD)等。其中，用多弧离子镀镀膜因具有较高离化率和离子沉积能量，沉积的涂层致密、沉积率高、与基底界面结合力好以及成本低、工艺简单，成为目前工业广泛应用的超硬涂层制备的主要方法。但是目前的多弧离子镀在沉积涂层过程中，从弧源发出的等离子体中存在大量的液态颗粒，使涂层表面形成明显突出的大颗粒缺陷。这一缺陷不但降低了涂层表面的粗糙度，而且大幅度降低了涂层的抗摩擦磨损性能及抗高温氧化性能，也限制了多弧离子镀在纳米涂层及功能涂层制备中的应用。为改善和消除多弧离子镀涂层表面大颗粒缺陷，研究人员提出了诸多改良措施，如改进电弧源，在阴极靶安装额外的磁场装置来分散阴极斑点的分布，减少阴极靶发射等离子体中的液态颗粒数量及尺寸，但所增加的装置较为复杂，难以控制斑点均勻分布，不能明显消除等离子体中的液态颗粒，对涂层表面粗糙度的改善较小；再如对传输过程中的等离子体进行过滤，使等离子体中的大颗粒在传输过程中被磁过滤装置过滤掉，但在过滤大颗粒的同时，也降低了正常离子的沉积能量，使沉积效率降低， 靶源消耗增大，并且也不能明显改善涂层表面大颗粒缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，其可以在不降低原多弧离子镀沉积效率的同时，明显减小并减少涂层表面的大颗粒缺陷，从而提高了涂层的质量和使用性能。本专利技术的技术方案是这样实现的，其特征在于 多弧源发射等离子体的同时，在真空室内设置空心阴极装置，用空心阴极电子枪向阳极发射高能等离子体电子束，使等离子体电子束与多弧源发射的等离子体进行相互交叉运动；其空心阴极电子枪发射等离子体电子束的工艺参数为空心阴极电流7(Γ220Α; 占空比10 90% ；脉冲偏压幅值-5(T-1000V ；氮气分压1 X KT1 5 X KT1Pa ；氩气分压: 2 X KT1 8 X KT1Pa15上述所说的在多弧源发射等离子体的同时用空心阴极电子枪向阳极发射高能等离子体电子束，是指用置于真空室内上方的空心阴极电子枪向位于真空室内下方中心的阳极靶发射等离子体电子束。由此形成以多弧离子镀为主与空心阴极离子镀为辅的复合离子镀。上述所说的在多弧源发射等离子体的同时用空心阴极电子枪向阳极发射高能等离子体电子束，是指用置于真空室内上方的空心阴极电子枪向位于真空室内下方辅助阳极发射等离子体电子束。由此形成空心阴极发射等离子体电子束环境下的多弧离子镀。上述所说的在多弧源发射等离子体的同时用空心阴极电子枪向阳极发射高能等离子体电子束，是指用置于真空室内上方的空心阴极电子枪同时向位于真空室内下方中心的阳极靶和辅助阳极发射等离子体电子束。上述所说的阳极靶是涂层所需金属的金属靶。上述所说的辅助阳极制成环绕于阳极靶的辅助阳极。上述所说的辅助阳极制成位于工件下方的辅助阳极。上述所说的辅助阳极制成位于工件下方并环绕于阳极靶的辅助阳极。上述所说的空心阴极电子枪采用硼化镧(LaB6)材料制作。上述所说的空心阴极电子枪采用钽(Ta)金属材料制作。本专利技术的原理为多弧源合金靶在弧光放电下离化，形成了向工件运动的等离子体，在沉积到工件表面之前，受到了从空心阴极电子枪发射至阳极靶或辅助阳极的等离子体电子束(高能电子在真空室内的运动轨迹或聚集或发散，可以看到在真空室内充满了辉光，说明在真空室内到处都有电子在运动)的交叉轰击，使得从多弧源合金靶发出的等离子体中的未离化的液态颗粒受到高能电子的强烈碰撞，致使液态颗粒碎化并大量离化。液态颗粒在运动中受到等离子体电子束碰撞后的变化过程可表达为液态颗粒一金属离子+少量小的碎化液态颗粒剩余未离化的碎化液态颗粒沉积到工件表面后只形成了较小的固态大颗粒。本专利技术的积极效果在于1、在多弧离子镀过程中采用空心阴极电子枪发射等离子体电子束轰击，使多弧离子镀弧光放电导致涂层表面的大颗粒显著减小并减少，从而达到减轻涂层表面大颗粒污染的目的，同时提高了多弧离子镀的合金离化率并保持了涂层的高沉积效率。2、空心阴极产生的等离子体电子束，对工件表面起到了明显的溅射清洗作用，使工件表面清洁质量和环境温度均得到了提高，使得沉积的涂层更加均勻致密，涂层与基体的结合力得到提高。上述多弧离子镀适用于镀制氮化物超硬涂层、碳化物超硬涂层、碳氮化物超硬涂层及其它们的复合超硬涂层，特别适用于镀制TiN、(Ti，Al)N、(Ti, Al, Zr) N, (Ti1Cr)N, (Ti, Mo) N、TiC、Ti (N, C)等超硬涂层以及它们的复合超硬涂层。上述多弧离子镀还适用于镀制各种功能化合物涂层。附图说明图1是实现本专利技术所用设备的结构简图。图2是采用本专利技术(a)与采用多弧离子镀(b)制备的(Ti，A1)N涂层表面扫描电镜形貌对比图。图3是采用本专利技术(a)与普通多弧离子镀(b)制备的(Ti，Al)N涂层表面激光轮廓对比图。图4是采用本专利技术(a)与普通多弧离子镀(b)制备的(Ti，A1)N涂层与基体间结合力的测试曲线图。图5是采用本专利技术方法对(Ti，A1)N沉积层进行的X射线衍射(XRD)分析图。 具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步说明用W6Mo5Cr4V2高速钢材料制作工件试样3，经淬火、回火后，硬度值为HRC6广63。将试样3表面打磨并抛光至镜面，再经有机溶剂清洗、吹干后备用。实施例1实施采用如图1所示的镀膜设备，该设备具备多弧离子镀同时具备空心阴极离子镀的功能，可以单独使用多弧离子镀功能，也可以单独使用空心阴极离子镀功能，还可以同时使用多弧离子镀和空心阴极离子镀的复合离子镀功能；该设备可在多弧源5发射等离子体的同时，在真空室1内设置空心阴极装置2，用硼化镧(LaB6)材料制作的空心阴极电子枪向位于真空室1内下方的中心的阳极靶7 (钛靶)和辅助阳极6及辅助阳极8发射等离子体电子束；辅助阳极6环绕于阳极靶7，可使等离子体电子束与多弧源5发射的等离子体进行较理想的相互交叉运动。镀制(50wt%Ti，50wt%Al)N涂层按四步进行。1)将试样3置于图1所示的空心阴极与多弧离子复合镀膜机真空室1中的工件架 4上，抽真空至6. OX KT3Pa ；2)开启空心阴极电子枪2并与辅助阳极6及工件架4构成回路，对试样3及工件架4 加热至350°C，并对试样3表面进行离子溅射清洗；3)开启空心阴极电子枪2并与阳极靶7及辅助阳极6构成回路，进行TiN过渡层制备；4)开启多弧源5，开启空心阴极电子枪2并与辅助阳极6及辅助阳极8构成回路，进行 (50wt%Ti, 50wt%Al)N 涂层的制备。按本专利技术所述工艺参数范围内制定的工艺参数进行镀制如表1所示。权利要求1.，其特征在于在多弧源发射等离子体的同时，在真空室内设置空心阴极装置，用空心阴极电子枪向阳极发射高能等离子体电子束，使等离子体电子束与多弧源发射的等离子体进行相互交叉运动，其空心阴极电子枪发射等离子体电子束的工艺参数为空心阴极电流7(Γ220Α ；占空比10 90%本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴化，王淮，宫文彪，宋力，中山弘建，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：