[发明专利]一种新型ta-c涂层工艺

说明书

本发明公开了一种新型ta‑c涂层工艺，属于ta‑c涂层技术领域，包括以下步骤：S1：清洗等离子清洗基体表面杂质；S2：在已加温的真空炉腔内进行氩离子轰击以清除基体表面杂质；S3：基体表面放置于靶座的永磁场与电磁场叠加的靶材磁场内通过Cr打底；S4：采用HiPIMS磁控电源负偏压，矩形靶做的永磁场与电磁的叠加，很大程度够上增加Ar的离化率；S5：形成的ta‑c涂层与基片的热膨胀系数有差异改变，与基片原子相互扩散可以有效提高粘着力形成ta‑c功能层。靶座的永磁场与电磁场叠加的靶材磁场，提高靶材的溅射效率，也提高了生产效率HiPIMS磁控溅射技术，保证了膜层良好的附着力和膜层的致密性，表面光洁度。

技术领域

本发明涉及属于ta-c涂层技术领域，特别涉及一种新型ta-c涂层工艺。

背景技术

Ta-C涂层是一种四面体非晶碳涂层，无氢碳元素涂层，其sp³与sp²键的比值较高。与其他DLC涂层相比，ta-C膜层具有更高的硬度和抗温性能，并可显著降低摩擦系数。在汽车和航空航天工业中，塑料(包括碳纤维增强塑料CFRP)的应用也在日益增长，在切削这些材料时，刀具的磨损机理完全不同于切削合金钢，切削这些材料的主要挑战之一在于保持切削刃锋利和减小积屑瘤，因为切削这些材料的刀具刃口半径很小，需要刀具涂层厚度也尽可能小。所有这些挑战可通过刀具涂覆性能优异的ta-C涂层并专用于切削非铁金属和塑料来应对。Ta-C涂层的切削刃对铝几乎没有亲和力。ta-C涂层硬度较高，远小于1μm的涂层厚度通常足够用于钻头和立铣刀这样的切削工具。在航天航空业钻削钛和CFRP叠层材料的首次试验表明，ta-C涂层延长了刀具寿命，并显著改善了钻孔质量。由于ta-C涂层的最高工作温度为500℃左右，切削时需施加冷却液。

Ta-C涂层的制备方法主要是磁过滤阴极电弧，磁过滤阴极电弧的弧靶通过一个1/4圆周连接到真空腔体闭上，圆周外侧缠绕线圈。当线圈通电即产生磁场，电弧放电产生的离子在磁场中做圆周运动。电弧放电产生的大颗粒，因半径较小落在圆周壁上，小颗粒得以通过。该方法可以过滤掉大颗粒，因此涂层较光滑致密，磁过滤阴极电弧制备ta-c最大的缺点是沉积速率慢，腔室不能做很大。原因是磁过滤技术过滤掉了很大部分的颗粒较大的粒子，剩下的小颗粒粒子数量少，导致了ta-c沉积速率极低。同时，磁过滤通过1/4圆周连接在腔体壁上，需要占用较大的腔体壁面积，不能布置较多的靶，同时磁过滤后剩下的带电离子方向性强，发散小，涂覆的面积有限，这些都限制了磁过滤阴极电弧设备腔室体积，这两点都导致了ta-c涂层的生产效率和成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型ta-c涂层工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新型ta-c涂层工艺，包括以下步骤：

S1：清洗等离子清洗基体表面杂质；

S2：在已加温的真空炉腔内进行氩离子轰击以清除基体表面杂质，真空炉腔中温度为160-190℃，氩离子轰击频率为10-13Hz；

S3：基体表面放置于靶座的永磁场与电磁场叠加的靶材磁场内，提供磁场磁控溅射技术来沉积并通过Cr打底；

S4：采用HiPIMS磁控电源负偏压，矩形靶做的永磁场与电磁的叠加，很大程度够上增加Ar的离化率；

S5：形成的ta-c涂层与基片的热膨胀系数有差异改变，与基片原子相互扩散可以有效提高粘着力形成ta-c功能层。

进一步地，清洗基体通过用异丙醇蒸汽清洗，随后用乙醇、丙酮浸泡基片后快速烘干，以去除表面油污。

进一步地，真空炉腔的真空须控制在1.6*104Pa以上，真空炉腔中温度为160-190℃去除基片表面水分，提高膜与基片的结合力。