[发明专利]氮化钛膜制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及膜层制备技术领域，尤其涉及一种氮化钛膜制备方法。

背景技术

氮化钛硬质膜，其生长基本上以离子键和共价键混合成键方式形成了NaCl型面心立方晶体结构。它具有高硬度、高熔点、韧性好、优异的抗氧化性、良好的电热传导性、良好的生物相容性、低的摩擦系数和与基底优良的结合力等特点，而被广泛应用于机械加工及制造、汽车零部件、航空航天器件、医疗、微电子和腐蚀防护等领域。并且随着物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）技术和氮化钛膜层性能的不断开发、拓展，其在各个领域中的应用也在悄然地发生着重大变革。作为功能膜层，氮化钛膜在各种复杂、严苛的环境中应用，其膜层的结合力、硬度、抗腐蚀性能的强弱直接影响着其使用效率及寿命。电弧离子镀技术的发展优化了膜层性能，促进了氮化钛硬质膜的朝着宽领域、高效率、低成本的方向拓展市场，创造效益。

目前，氮化钛膜层的制备仅限于在8μm以下的厚度范围内，对于单层氮化钛厚膜的制备，由于在制备过程中内应力集中、大颗粒及缺陷等较多容易造成膜层脱落失效，在国内外对氮化钛厚膜的制备都是一项技术难题。

普通电弧离子镀技术：在300至500℃的温度下，对高速钢、不锈钢、硬质合金、普通碳钢以及非金属的Si片和玻璃等基体上沉积不同用途的氮化钛膜层，它具有沉积速率快、基材选择性多、膜层附着力好以及绕镀性好等优点，其被用作制备氮化钛膜层的最常用技术方法。但同时它也有一些自身的缺点：电弧离子镀技术采用的是弧电流蒸发靶材的方法来提供原材料的，在靶材蒸发过程中容易形成较大的颗粒，它们被沉积到基体上后会导致膜层的性能降低。

发明内容

为了解决上述镀膜层稳定性不高，性能不佳的技术问题，本发明提供一种氮化钛膜制备方法。

所述氮化钛膜制备方法包括：

步骤S1，提供待镀膜零件和真空电弧离子镀设备，将所述待镀膜零件放入所述真空电弧离子镀设备的腔室内；

步骤S2，对所述腔室进行抽真空和加热处理，当所述腔室的温度和真空度达到设定值后，所述腔室内的工装转台夹持所述待镀膜零件匀速旋转；

步骤S3，开启氩气阀门管道，向所述腔室充入氩气，设定工艺参数，开启刻蚀电源对所述待镀膜零件进行氩离子刻蚀；

步骤S4，达到刻蚀设定时间后，停止所述工装转台旋转，关闭所述刻蚀电源；

步骤S5，对所述腔室进行抽真空和加热处理，当所述腔室的温度和真空度达到设定值后，开启氮气阀门管道，向所述腔室充入氮气；

步骤S6，设定工艺参数，所述工装转台夹持所述待镀膜零件匀速旋转；

步骤S7，开启钛靶的沉积电源，对待镀膜零件进行沉积处理；

步骤S8，达到沉积设定时间后，停止所述工装转台旋转，关闭所述沉积电源；

步骤S9，对待镀膜零件循环进行步骤S2-S7的制备方法；

步骤S10，达到设定循环次数后，待所述腔室温度降至80℃以下，对所述腔室经行充气，后从所述腔室取出镀钛膜零件，完成所述镀钛膜零件的加工。

在本发明的一种较佳实施例中，在步骤S2和S5中，所述腔室的温度设定值为360-400℃，所述腔室的真空度设定值为4×10^-5 mbar。

在本发明的一种较佳实施例中，在步骤S4中，所述刻蚀的设定时间为1小时，在步骤S8中，所述沉积的设定时间为0.5小时。

在本发明的一种较佳实施例中，在步骤S7中，所述钛靶的数量为二。

在本发明的一种较佳实施例中，在步骤S10中，所述设定循环次数为十二次。

在本发明的一种较佳实施例中，在步骤S2中，所述工装转台的旋转速率与步骤S6中所述工装转台的旋转速率相同。

本发明还提供一种氮化钛膜制备方法，包括：

步骤S1，提供待镀膜零件和真空电弧离子镀设备，将所述待镀膜零件放入所述真空电弧离子镀设备的腔室内；

步骤S2，对所述腔室进行抽真空和加热处理,当腔室的温度和真空度达到设定值后，所述腔室内的工装转台夹持所述待镀膜零件匀速旋转；

步骤S3，开启氩气阀门管道，向所述腔室充入氩气，设定工艺参数，开启刻蚀电源对所述待镀膜零件进行氩离子刻蚀；

步骤S4，达到刻蚀设定时间后，停止所述工装转台旋转，关闭所述刻蚀电源；

步骤S5，对所述腔室进行抽真空和加热处理,当腔室的温度和真空度达到设定值后，开启氮气阀门管道，向所述腔室充入氮气；

步骤S6，设定工艺参数，所述工装转台夹持所述待镀膜零件匀速旋转；