[发明专利]一种过渡金属硼化物涂层及其制备方法

说明书

本发明提供了一种过渡金属硼化物涂层及其制备方法，方法包括：将基底待沉积表面进行离子轰击清洗；将离子轰击清洗后的基底表面上用电弧离子镀形成过渡金属层；用磁控溅射与电弧离子镀共沉积的复合镀膜技术在过渡金属层上形成过渡金属硼化物涂层MB_x。本发明中采用通过磁控溅射与电弧离子镀相结合的MS/AIP复合沉积工艺，得到通过过渡金属层与基底表面结合的过渡金属硼化物涂层MB_x；其中过渡金属层通过电弧离子镀进行沉积，具有高的离化率和粒子能量，在沉积过程中由于负偏压的作用，可以对基底表面进行有效的离子轰击，提高了沉积粒子的动能，使表面不断沉积的粒子与表层原子发生冶金结合，最终使基底表面和沉积的过渡金属硼化物涂层MB_x的结合力大大提升。

技术领域

本发明属于真空镀膜技术领域，具体涉及一种过渡金属硼化物涂层及其制备方法。

背景技术

过渡金属硼化物由于具有高的熔点、硬度、化学稳定性以及良好的导热和导电性能，因此非常适于被作为硬质耐磨防护涂层材料使用。

目前，过渡金属硼化物涂层，多采用磁控溅射进行沉积，可以获得均匀致密且表面光洁的涂层；但是由于磁控溅射自身离化率低的局限性，往往造成涂层与基底结合强度不足，使涂层在服役过程中过早剥落。比如Mu-jian XIA等人(Trans.NonferrousMet.Soc.China 23(2013)2957-2961)采用磁控溅射方法制备了以Ti为过渡层的TiB₂涂层，其具体的制备方法为：采用TiB₂(纯度：99.9％)和Ti(纯度：99.95％)作溅射靶材，靶基距设定为50mm，选用尺寸为10mm×10mm×1mm的316L不锈钢做基片；将基片前处理之后，采用直流磁控溅射沉积Ti过渡层，沉积温度为150℃，靶功率为40W；然后再采用射频磁控溅射沉积TiB₂层，沉积温度为350℃，靶功率为120W，工作气压为0.7Pa；并重复交替Ti层和TiB₂层的沉积，最终制备[Ti/TiB₂]n多层结构涂层。用划痕法测试涂层结合强度，涂层结合强度随着n的增大而增大，n＝3时，涂层具有最高的结合强度约为25N；而对于产品使用过程中对耐磨涂层的结合强度需求而言，这一结合强度值很低，基本难以满足实际应用需求。

而相比磁控溅射，电弧离子镀也是一种非常实用的涂层沉积技术，其具有高的离化率，可以使生成的涂层获得较好的膜基结合强度；但是过渡金属硼化物脆性较大，不适合用作多弧靶材进行沉积。因此现有制备方式和涂层结合强度上难以实现优良的统一。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提出一种通过磁控溅射与电弧离子镀相结合的MS/AIP复合沉积工艺在基底上制备结合力强的过渡金属硼化物(MB_x)涂层的方法。

为了实现上述发明目的，本发明实施例的技术方案如下：

一种过渡金属硼化物涂层的制备方法，包括如下步骤：

将基底待沉积表面进行离子轰击清洗；

将所述离子轰击清洗后的基底表面上用电弧离子镀形成过渡金属层；

用磁控溅射与电弧离子镀共沉积的复合镀膜技术在所述过渡金属层上形成过渡金属硼化物涂层MB_x。

本发明中采用通过磁控溅射与电弧离子镀相结合的MS/AIP复合沉积工艺，得到通过过渡金属层与基底表面结合的过渡金属硼化物涂层MB_x；其中过渡金属层通过电弧离子镀进行，具有高的离化率和粒子能量，在沉积过程中由于负偏压的作用，可以对基底表面进行有效的离子轰击，提高了沉积粒子的动能，使表面不断沉积的粒子与表层原子发生冶金结合，最终使基底表面和沉积的过渡金属硼化物涂层MB_x的结合力大大提升。