[发明专利]一种基于GT35球碗零件内表面制备TiN厚膜的方法

说明书

本发明公开了一种基于GT35球碗零件内表面制备TiN厚膜的方法，将零件置于真空炉内抽真空并加热，随后向真空炉内通入氩气对球碗内表面进行氩离子刻蚀，完成氩离子刻蚀后开启钛靶在刻蚀后的球碗内表面镀打底层，打底层将球碗零件内表面全覆盖后钛靶继续工作，并开始通入非饱和量的氮气沉积过渡层，氮气通入量随沉积时间阶梯增加，形成钛和氮化钛共存的过渡层，沉积时间随氮气通入量的增加而延长，当过渡层厚度大于等于10μm后开始持续通入饱和量的氮气沉积形成氮化钛层，该氮化钛层大于等于6μm后即可冷却出炉。

技术领域

本发明涉及一种物理气相沉积工艺，尤其涉及针对GT35球碗零件内表面制备TiN厚膜的工艺方法。

背景技术

在PVD行业中，TiN膜层由于柱状晶结构的影响，膜层内应力过大，一出现膜层开裂、脱落、起皮等缺陷引起膜层失效，采用常规工艺方法沉积的TiN膜层的厚度一般均在5μm以下，很难满足球碗要求的15μm以上膜层厚度要求。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，提供一种膜层厚度能达到15微米以上且结合力好，膜层不易开裂、脱落、起皮的氮化钛镀膜方法：

一种基于GT35球碗零件内表面制备TiN厚膜的方法，将零件置于真空炉内抽真空并加热，随后向真空炉内通入氩气对球碗内表面进行氩离子刻蚀，完成氩离子刻蚀后开启钛靶在刻蚀后的球碗内表面镀打底层，打底层将球碗零件内表面全覆盖后钛靶继续工作，并开始通入非饱和量的氮气沉积过渡层，氮气通入量随沉积时间阶梯增加，形成钛和氮化钛共存的过渡层，沉积时间随氮气通入量的增加而延长，当过渡层厚度大于等于10μm后开始持续通入饱和量的氮气沉积形成氮化钛层，该氮化钛层大于等于6μm后即可冷却出炉。

进一步的，在氩离子刻蚀、镀打底层、沉积过渡层以及沉积氮化钛层时温度控制在360～400℃。

进一步的，初始炉内压为4×10^-5mbar，氩离子刻蚀、镀打底层以及沉积氮化钛层时炉内压均保持在3×10^-2mbar；沉积过渡层分时分三次不同氮气量实施，氮气量通过炉内压控制，沉积过渡层时炉内压依次为6×10^-3mbar、1×10^-2mbar、2×10^-2mbar，沉积过渡层时对应各炉内压的沉积时间分别为30分钟、60分钟、120分钟。

进一步的，氩离子刻蚀电压为500V，镀打底层电流和电压分别为60A和200V，沉积过渡层电流和电压分别为80A和180V，沉积氮化钛层电流和电压分别为80A和180V。

采用上面工艺重新设计膜层结构，通过控制过渡层成分和结构，抑制了膜层内应力，使膜层有更好的结合力，即使膜层厚度超过15μm也不会造成开裂、脱落、起皮的现象。

具体实施方式

本发明提供一种针对GT35球碗零件内表面进行氮化钛膜镀层的工艺方法，将零件置于真空炉内抽真空并加热，随后通入氩气对零件表面进行氩离子刻蚀，通过氩离子刻蚀将零件表面杂质去除便于后续镀膜，氩离子刻蚀完成后开启钛靶对球碗内表面镀打底层，当打底层将球碗内表面全覆盖(在具体实施例中一般要求厚度达到0.5±0.1μm)后通入氮气，氮气通入量随着过渡层的沉积时间阶梯性增加，氮气通入量越大成绩时间越长，但是在沉积过渡层时氮气通入量始终不会超过饱和量，这样过渡层实质为钛和氮化钛共存的形式，而且从打底层一侧起过渡层中氮化钛的比例呈层状逐渐增多，这样形成的过渡层即使厚度足够相邻层面的成分、结构和性能上接近的，从而获得更好的结合力，而且可以组织柱状晶随着膜层的增厚而长大，打断了柱状晶的成长，当过渡层厚度大于等于10μm后持续通入饱和的氮气沉积形成氮化钛层，该氮化钛层厚度大于等于6μm后即可冷却出炉。

在上述工艺过程中(氩离子刻蚀、镀打底层、沉积过渡层以及沉积氮化钛层)真空炉内温度保持在360～400℃。