[发明专利]一种多元硬质涂层及其电磁增强磁控溅射制备工艺

说明书

一种多元硬质涂层及其电磁增强磁控溅射制备工艺，其中电磁增强磁控溅射技术是在磁控溅射阴极套装电磁线圈，多组阴极非平衡磁场形成闭合磁场，与中心阳极形成正交电磁场，提高溅射粒子的离化率；多元硬质涂层包括：打底过渡层、功能层、覆盖层，电磁增强磁控溅射可增大溅射区域，加宽溅射沟道，还可增大闭合磁场的磁场强度，有利于提高溅射粒子的离化率；闭合磁场不仅增加了电子的自由程，提高等离子体密度，提升清洗效率及效果，而且可极大的提高溅射粒子的离化率，从而实现辅助沉积，提升涂层的结合力。

技术领域

本发明属于真空镀膜技术领域，涉及一种多元硬质涂层及其电磁增强磁控溅射制备工艺。

背景技术

物理气相沉积(PVD)是将原子或分子从气相中沉积到基体表面，包括蒸镀、溅射沉积、离子镀、脉冲激光沉积和扩散涂覆等工艺。切削刀具、模具、耐磨损零件等经物理气相沉积硬质涂层后，有效提高了其表面硬度、复合韧性、耐磨损性和化学稳定性能等，大幅度提高了工件的使用寿命。

现阶段工模具表面的表面改性主要是利用电弧离子镀来实现的，电弧离子镀技术是结合了蒸发与溅射技术而发展的一种PVD技术。在真空室内，金属靶材蒸发在气体放电中进行，通过碰撞和电子撞击形成气体和金属的离子，这些离子在电场中被加速飞向衬底并形成涂层。如果在薄膜或涂层的形成过程中通入活性气体(如N₂、O₂等)，则会发生化学反应并得到各种化合物薄膜或涂层。电弧离子镀的主要优点在于靶材的离化率高，所制备的薄膜或涂层沉积速率快，并且薄膜或涂层结构致密。

虽然电弧离子镀沉积速率快，离化率高，但是因为电弧离子镀是靶材蒸发来实现金属原子的溢出的，因而在蒸发过程中，部分大颗粒(微米量级的大颗粒原子团)也会被蒸发出来，并沉积在基体表面，造成基体表面光洁度差，涂层性能低。对于一些对于表面要求高的工模具，利用电弧离子镀对其进行表面改性，表面粗糙度的变化严重影响了工模具的表面质量，因而磁控溅射制备硬质涂层仍然有很大的应用。

现有的磁控溅射阴极制备硬质涂层，其主要存在的问题主要表现在以下几个方面：一是沉积效率低，传统的磁控溅射沉积效率低，硬质涂层制备时间长，生产成本高；二是传统磁控溅射粒子离化率低，结构疏松；三是传统磁控溅射沉积过程需要的梯度层需从金属、金属非金属梯度过渡、金属非金属层多级过渡，造成应力堆积，结合力较差。

因此，如何解决上述问题，是本来领域技术人员着重要研究的内容。

发明内容

为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种多元硬质涂层及其电磁增强磁控溅射制备工艺，以期提高多元硬质涂层成膜质量及生产效率的。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多元硬质涂层，所述多元硬质涂层包括打底过渡层、功能层及覆盖层，其中所述打底过渡层为提升涂层结合力的纳米涂层；所述功能层为硬质涂层中的工作层，所述功能层为两种或两种以上的靶材相互复合形成的多元涂层，包括单层复合结构功能层和多层复合结构功能层；所述覆盖层为使硬质涂层表面有较好的外观而进行的覆盖层。

进一步地，所述单层复合结构功能层为AlCrTiN、ALCrWSiN；所述多层复合结构功能层为AlCrTiSiN、TiAlSiN。

一种电磁增强磁控溅射制备单层复合功能层的多元硬质涂层工艺，：包括以下步骤：

⑴、将待镀基体放入电磁增强磁控溅射装置中，所述电磁增强磁控溅射装置配置有四组电磁增强磁控溅射阴极，其中两组为合金A靶，两组为合金B靶，电磁增强外线圈电源为0-25V，电磁增强内线圈电源为多波形频率可调电源，装置中心装配有中心阳极；