[实用新型]一种多层薄膜的沉积装置

说明书

技术领域：

本实用新型属于金属材料表面沉积超硬多层涂层技术领域，具体为一种钛/氮化钛多层薄膜的沉积装置。它是在同一个真空室中，通过交替通入不同气体，开启电弧蒸发源沉积超硬多层薄膜，可以实现多层薄膜厚度的精确控制，以提高多层薄膜硬度和耐磨性。

背景技术：

目前，多层薄膜的沉积一般采用旋转工件到相应的靶(如纯钛或铬靶)前，或是交替通入不同气体(如Ar和N₂)等方法，可以实现多层薄膜(前者如TiN/CrN，后者如Ti/TiN)的沉积。而对于Ti/TiN类金属/氮化物(也可以是金属与碳化物或硼化物等其它硬质材料构成)类型的多层薄膜，则需要采用后者的方法进行。尤其是金属/氮化物类型的超硬多层薄膜，由于金属的复合，使得薄膜的韧性及膜基结合强度大大改善。但是由于在薄膜沉积过程中，需要交替通入Ar和N₂等气体，一般采用的气体流量计只能对每路气体进行分别控制，这样在气体交替通入过程中使得真空室气压会有波动，气体流量在一般情况下会有波动，使得每层厚度会有一定波动，进而影响多层薄膜的调制周期值(每一对层的厚度)，给多层薄膜硬度等机械性能造成一定影响。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种精确自动控制多路气体流量的多层薄膜的沉积装置，解决了电弧离子镀沉积多层薄膜时采用手动控制气体流量而导致的多层中各单元层厚度不均匀的问题，采用气体质量流量控制器来实现氩气、氮气等多路气体的交替通入，从而保证单元层厚度的精确控制，以使沉积的超硬多层薄膜达到提高硬度和耐磨性的要求。

本实用新型的技术方案是：

一种多层薄膜的沉积装置，在该沉积装置通入氩气和氮气的管路上接有气体质量流量控制器、时间继电器和气体质量流量显示仪，气体质量流量控制器连接时间继电器，时间继电器连接气体质量流量显示仪。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型是在高速钢或硬质合金表面合成由15～55nm的钛层与25～60nm的氮化钛层为基本单元的钛/氮化钛多层结构的硬质薄膜，薄膜单元层厚度的控制精度与手动方式相比有较大提高，精度达到±5nm，同时多层薄膜硬度达到40GPa，膜基结合力达到70N以上。

2、采用本实用新型可以实现氩气和氮气流量交替通入的精确控制，可自行设定氩气、氮气的交替通入流量与交替通入时间，氩气和氮气可交替通入各30次，进而实现60层钛/氮化钛多层薄膜的沉积。

3、本实用新型所涉及的不同气体的气体流量交替控制技术可以提高多层薄膜的单元层厚度的控制精度，可以有效改善多层薄膜的制备质量与硬度、耐磨性等性能。

附图说明：

图1为气体质量流量控制的框图。

图2为气体质量流量控制的电路图。

具体实施方式：

如图1所示，在通入氩气和氮气的管路上接有气体质量流量控制器、时间继电器和气体质量流量显示仪，气体质量流量控制器连接时间继电器，通过时间继电器设置氩气与氮气的交替通入时间，时间继电器连接气体质量流量显示仪，气体质量流量显示仪用于显示气体流量。

将高速钢工件经过研磨抛光、清洗干燥后放入电弧离子镀的样品台上，待真空室内真空度达到1×10^-2Pa～5×10^-3Pa时，打开气体质量流量控制器，通氩气到0.5～2Pa之间，基体加直流负偏压至-500V～-1000V范围，对样品进行辉光清洗5～10分钟，然后，调整Ar气流量，使真空室气压调整为0.2～0.6Pa，同时开启钛弧，弧流稳定在50～100A，对样品进行Ti+离子轰击1～5分钟；此后，进入多层薄膜沉积过程，首先调整基体偏压为-100～-400V范围，设定气压为0.1～1.0Pa；