[发明专利]一种硬质合金表面磁控溅射复合技术沉积W-N硬质膜的方法

权利要求书

1.一种硬质合金表面磁控溅射复合技术沉积W-N硬质膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）基体表面预处理，将基体放入无水乙醇中进行超声清洗，热风吹干后装夹在可三维旋转的行星架上，送入腔室；

2）将所述腔室抽真空，通过机械泵和分子涡轮泵抽至本底真空4×10^-5mbar以下，红外加热管的设置温度500~600℃，去除腔室和基体表面易挥发杂质；

3）基体表面离子刻蚀，向所述腔室内连续通入高纯Ar，同时保持腔室内加热器温度恒定，基体加负偏压，采用电弧增强型辉光放电技术，进行离子清洗与刻蚀，去除硬质合金基体表面的氧化皮和疏松层；

4）沉积W-N硬质膜过渡层，向所述腔室内连续通入高纯N₂和高纯Ar，同时保持腔室内加热器温度恒定，基体加负偏压，采用高功率脉冲磁控溅射技术，进行5~30min的镀膜处理，沉积50~150nm的W-N硬质膜作为过渡层；

5）过渡层制备结束，继续向腔室内连续通入高纯N₂和高纯Ar，同时保持所述腔室内加热管温度恒定，基体加负偏压，采用直流磁控溅射技术，原位进行20~120min的镀膜处理，沉积500~4000nm的W-N纳米硬质膜；

6）冷却取样，镀膜结束后，开启炉体循环冷水系统冷却，待腔室在真空状态下冷却后即可打开腔室，取出工件；

在步骤4）中，红外加热管的设定温度为300~600℃，N₂流量为20~60sccm，Ar流量为80~120sccm；放置基体的行星架接电源负极，负偏压为-50~-300V，行星架转速为2~6r/min；

在步骤4）中，溅射靶材采用平面矩形W靶，尺寸大小为456mm×81mm×10mm，纯度达99.95%，靶功率为3~7kW，靶材功率密度为8.12~18.95W/cm²。

2.根据权利要求1所述一种硬质合金表面磁控溅射复合技术沉积W-N硬质膜的方法，其特征在于，在步骤1）中，所述基体为硬质合金，基体表面粗糙度Ra值0.4μm以下；所述超声清洗是将基体用无水乙醇超声清洗10~30min，然后热风吹干。

3.根据权利要求1所述一种硬质合金表面磁控溅射复合技术沉积W-N硬质膜的方法，其特征在于，在步骤2）中，红外加热管设置温度为600℃，加热时间30min；待腔室真空度降至4×10^-5mbar以下，红外加热管设置温度550℃加热30min，后抽腔室真空至4×10^-5mbar以下，充分去除腔室和基体表面易挥发杂质。

4.根据权利要求1所述一种硬质合金表面磁控溅射复合技术沉积W-N硬质膜的方法，其特征在于，在步骤3）中，等离子体对基体表面清洗刻蚀时间5~60min；所述加热器设定温度为400~600℃，腔室内气压为0.2~2.0Pa，Ar流量通过气压控制为160~230sccm。

5.根据权利要求1所述一种硬质合金表面磁控溅射复合技术沉积W-N硬质膜的方法，其特征在于，在步骤3）中，充当电子源的阴极电弧圆靶采用圆形Ti靶，纯度99%以上，靶电流70~90A。

6.根据权利要求1所述一种硬质合金表面磁控溅射复合技术沉积W-N硬质膜的方法，其特征在于，在步骤3）中，放置基体的行星架接脉冲电源负极，采用双极脉冲，负偏压为-50~-400V，正极偏压为+20V，频率20kHz，占空比80%，行星架的转速为2~6r/min。

7.根据权利要求1所述一种硬质合金表面磁控溅射复合技术沉积W-N硬质膜的方法，其特征在于，在步骤5）中，红外加热管的设定温度为300~600℃，N₂流量为40~80sccm，Ar流量为80~120sccm；放置基体的行星架接电源负极，负偏压为-50~-300V，行星架转速为2~6r/min。

8.根据权利要求1所述一种硬质合金表面磁控溅射复合技术沉积W-N硬质膜的方法，其特征在于，在步骤5）中，溅射靶材采用平面矩形W靶，尺寸大小为456mm×81mm×10mm，纯度达99.95%，靶功率为2~7kW，靶材功率密度为5.41~18.95W/cm²。