[发明专利]霍尔源激励磁控溅射增强型磁过滤多弧离子复合镀膜方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在工模具表面沉积硬质薄膜材料的方法及设备，具体地讲是一种霍尔源激励磁控溅射增强型磁过滤多弧离子复合镀膜方法。

背景技术

与CVD(化学气象沉积法)和PCVD(等离子体辅助化学气象沉积法)相比，PVD(物理气象沉积法)具有沉积温度低(100-500℃)、处理周期短(4-8h)、薄膜外观质量好等优点，在高速钢刀具表面薄膜制备方面获得广泛应用。PVD包括磁控溅射和离子镀，1963年Mattox首先提出了离子镀技术，并于1967年取得了专利，其后，各种离子镀及溅射镀膜技术相继出现。首先将PVD技术应用于高速钢基体上制备硬质镀层的是日本真空技术公司(U.L.VAC)，它们在1978年采用阴极离子镀(HCD)在滚铣刀表面镀覆了TiN，寿命提高三倍。其后，欧美各国也相继取得了成功，如德国Legbold-Heraeus公司的磁控溅射、瑞士Balzers公司的热丝阴极离子镀、美国Mualti-Arc公司的多弧离子镀等相继进入市场。近年来，为进一步提高离化率，增加膜与基体的结合力，英国Teer公司采用非平衡磁控溅射技术，取得了显著效果。

但目前各种单一功能的PVD法仍存在一些技术问题，如磁控溅射沉积速率和膜基结合强度低；多弧离子镀沉积过程形成的液滴使得薄膜疏松、质量降低。因此，对苛刻服役环境下的各种工模具表面处理，急待寻找更为有效的复合强化方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷或不足，提出一种可获得致密度完整的高质量镀膜的霍尔源激励磁控溅射增强型磁过滤多弧离子复合镀膜方法。

实现上述任务的技术解决方案是：

——获取真空环境：将待处理工件置入霍尔源激励磁控溅射增强型磁过滤多弧离子复合镀膜设备的炉体反应室内，对反应室内抽真空至1.0×10^-2Pa-5.0×10^-′Pa，温度保持在50-100℃；

＿＿离子活化清洗：向反应室通入流量为50-100ml/min的氩气，开启脉冲偏压并保持偏压逐渐增大并稳定在900-1000V，控制占空比为30—90％；

——过渡膜层预镀：开启磁控靶沉积5-30min纯Ti并施以偏压500-1000V；

——工作膜层施镀：开启多弧靶，控制氮气量为100—500ml/min，占空比30—90％，偏压从100-900V，弧电流50-100A，沉积时间为0.5—2h。

本发明的进一步技术解决方案是：

抽真空及加热步骤中加热温度保持在300℃。

氩离子轰击步骤中氩气流量为120ml/min，占空比为70％。

镀膜步骤中弧电流为75A，沉积时间为1.5h。

本发明的方法借助霍尔源激励技术大幅提高反应过程的离化率，通过磁过滤系统实现偏压可调机械过滤，突破传统多弧离子沉积薄膜过程中形成的液滴技术难题以及解决次此难题而造成的沉积速率过低等工业生产难题，通过弧流大小的控制、靶的合理设计及多重工艺复合实现膜层的高硬度、高韧性、高致密性及良好的结合强度。在薄膜沉积前后期引入的磁控溅射技术，可为获得高质量薄膜提供辅助支撑，特别是可以满足苛刻服役环境下某些特殊工模具表面处理的工业化需要。该发明方法具有高效率、强化效果显著的技术优势。这种复合技术在现有镀膜方法中未见报道。

附图说明

附图1是本发明采用的霍尔源激励磁控溅射增强磁过滤多弧离子复合镀膜设备的立体结构总图。

其中标号分别表示：1、炉体反应室；2、真空系统；3、供气系统；4、电源系统；5、工件传动系统；6、加热系统；

附图2是本发明设备的俯视截面图。

其中标号分别表示：7、观察窗；8、溅射靶；9、多弧靶；10、工件盘；11、霍尔离子源；12、工件；13、磁过滤系统。

具体实施方式

图1是本发明采用的霍尔源激励磁控溅射增强磁过滤多弧离子复合镀膜设备的立体结构总图。该设备是一个前开门的立式结构，主要由炉体真空系统2、供气系统3、电源系统4、加热系统6组成。真空系统2通过管道与炉体反应室1的后端相连接，并对其抽真空。本设备的极限真空为5×10^-4Pa，系统升压率小于0.5Pa/h，配备有抽速调节器对抽气速率进行调节。