[发明专利]一种多周期结构的二硼化钛基涂层及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种多周期结构的二硼化钛基涂层，其特征在于，所述二硼化钛基涂层是以TiB₂靶和金属靶为原料，采用磁控溅射镀膜，在真空室中通过同时开启多靶磁控溅射及在工件转架上的拨片在转动过程中按60～120°角度拨动样品，最终在基体上溅射沉积形成；所述二硼化钛基涂层为TiB₂层与单质金属层相互叠加的多周期结构，相邻的TiB₂层和单质金属层为一个大周期T₁，同时，TiB₂层和单质金属层的内部分别存在周期结构，TiB₂层内部的周期是由富TiB₂层与贫TiB₂层交替叠加构成，单质金属层内部的周期是由富金属层与贫金属层交替叠加构成。

2.根据权利要求1所述的多周期结构的二硼化钛基涂层，其特征在于，周期T₁的厚度为20～60nm，TiB₂层的厚度为10～20nm，金属层的厚度为10～40nm，总周期数为40～100；TiB₂层内部的周期厚度为1～3nm，TiB₂层内部的总周期数为3～7；单质金属层内部的周期厚度为1～3nm，单质金属层内部的总周期数为3～14。

3.根据权利要求1所述的多周期结构的二硼化钛基涂层，其特征在于，所述的二硼化钛基涂层的厚度为2000～2500nm。

4.根据权利要求1所述的多周期结构的二硼化钛基涂层，其特征在于，所述的金属靶为Cr靶或Al靶，所述TiB₂靶为平面靶，所述TiB₂靶中Ti和B的原子比为1：2，所述TiB₂靶的纯度为99.99％，所述单质金属为Cr或Al。

5.根据权利要求1所述的多周期结构的二硼化钛基涂层，其特征在于，所述多靶磁控溅射的溅射源为两个TiB₂靶和两个金属靶，相同的两个靶材对称分布。

6.根据权利要求1-5任一项所述的多周期结构的二硼化钛基涂层的制备方法，其特征在于，包括如下具体步骤：

S1.清洗基体：将经抛光处理后的基体送入超声波清洗机，依次用丙酮、无水乙醇分别进行超声清洗，然后用去离子水漂洗，再用普氮吹干；

S2.抽真空和离子束刻蚀清洗腔体：离子镀膜机对称安装两个TiB₂靶和两个金属靶，用高功率吸尘器清洗镀膜室；将超声清洗后的基体置于真空室的工件支架上，真空室抽真空，至真空5.0×10^-3Pa以下，随后开启离子源，采用恒流量模式，向离子源通入200～300sccm氩气，设置离子源功率1.2kW，偏压-300V-600V，此刻蚀清洗过程持续10～30min；

S3.离子束刻蚀基体：在恒流量模式下，向离子源通入200～300sccm氩气，设置偏压-800～-1000V，离子源功率0.6～1.2kW工作时间为10～30min；

S4.采用恒压模式，控制真空室气压为0.5～0.7Pa；同时开启磁控电源，所述磁控电源的参数为：所述TiB₂靶的频率40kHz，所述TiB₂靶的功率5～10kW；所述金属靶的频率为40kHz，所述金属靶的功率为1～3kW；磁控溅射TiB₂靶和金属靶四个对称分布的靶材，设置靶材与基体的距离为6～10cm，基体偏压-100～-300V，工件转架转动的同时，拨片采用角度为60～120°拨动样品，溅射沉积TiB₂基多周期结构涂层，所述转架的自转速率为3～4.5rpm，所述转架的公转速率为1～1.5rpm；所述沉积的温度为300～500℃，沉积时间3～7h；

S5.沉积结束，关闭电源，待真空室温度降至室温，往真空室充气，打开真空室取出样品，在基体表面形成的涂层即为多周期结构的TiB₂基涂层。

7.权利要求1-5任一项所述的多周期结构的二硼化钛基涂层在刀具、模具或微电子的表面防护领域中的应用。