[发明专利]一种基于硬质合金表面镀ta-C膜的离子清洗工艺

说明书

本发明公开了一种真空镀膜前离子清洗工艺，包括以下步骤：1、超声波清洗等离子基体表面杂质，装炉；2、在真空涂层设备内进行弧光增强氩离子轰击以清除基体表面杂质，采用电弧离子镀作为离化源，提供的电子流密度可达10⁺¹⁹/m³，同时其对面的柱状镀膜阴极在此过程转换为阳极，将高密度的电子流引向通过被清洗工件区域，将Ar原子离化，Ar⁺流作为对工件的离子清洗源使用；3、进入真空镀膜工艺步骤。本申请所述工艺既可以提供高密度的离子流清洗工件，保证工件各个角度得到充分清洗；又可以在使用较低偏压的情况下，防止过高金属离子流对精密工件的过度轰击作用，损坏工件。

技术领域

本发明涉及材料表面改性技术领域，具体涉及一种基于硬质合金表面镀ta-C 膜的离子清洗工艺。

背景技术

四面体非晶碳膜(简称ta-C膜)是一种类金刚石薄膜，沉积温度低，它的 sp2与sp3键的比值较高，膜层sp3杂化键占比大于50％，与其他DLC涂层相比，具高硬度、高弹性模量、润滑性好、电阻率高以及良好化学惰性等特点，可以有效降低摩擦系数。在刀具进行切削过程中，为了提高切削性能，需要刀具的涂层厚度尽可能小，基于ta-C膜的诸多特点，在刀具表面涂覆性能优异的 ta-C涂层可以提高刀具性能，并可延长刀具的使用寿命。

非晶碳薄膜主要由sp3碳原子和sp2碳原子相互混杂的三维网络构成，具有高硬度、低摩擦系数、耐磨损、耐腐蚀以及化学稳定性等优异性能。物理气相沉积(Physicalvapor deposition,PVD)或化学气相沉积(Chemical vapor deposition,CVD)方法中，ta-C薄膜的形成是碳离子注入亚表面并在其内部生长的过程。沉积粒子能量直接影响薄膜中碳原子的键态结构和薄膜性能。因此，沉积过程中的粒子离化率和能量是调控ta-C薄膜结构和性能的关键参数，而统制备方法难以实现薄膜结构及其性能的综合调控。利用高功率脉冲磁控溅射 (High power impulse magnetron sputtering,HiPIMS)离子沉积特性制备非晶碳薄膜，通过施加低占空比的瞬时高功率脉冲，大幅提高了磁控溅射等离子体密度(可达10⁺¹⁹/m³量级)，可用来调控薄膜组分和微结构，制备光滑致密薄膜，使其获得优异力学、光学和电学等特性。而非氢类金刚石也被称为无氢四面体非晶碳，其较为成功的制作方法主要是HIPIMS+OSC(高功率脉冲磁控溅射+ 振荡器)、Laser-Arc(激光弧沉积)以及FCVA(磁过滤阴极真空电弧)。

在硬质合金表面镀ta-C膜在很大程度上提高了材料性能，使得材料发挥了更大的作用，但膜基结合力稍差，从而限制了性能的提高，未达到预期的效果。提高膜基结合力一直是该领域的一个难题，而通过对材料进行简单离子清洗工艺的前处理方法来提高膜基结合力的效果并不好。现有的对于沉积ta-C膜的前处理工艺，主要是通过控制温度和压力，借助弧光电子流激发的等离子体清洗，进行离子轰击清洗，通过一些简单的离子轰击清洗，并未很好的提高膜基结合力，如果偏压较高反而可能会导致轰击过度，损坏工件。因此，开发一种基于硬质合金表面镀ta-C膜的离子清洗工艺具有重要的实际意义。

发明内容

本发明技术在真空涂层设备内进行弧光增强氩离子轰击，设计了特殊的结构布局，采用电弧离子镀作为离化源，可以提供很高的电流密度，同时其对面的柱状镀膜阴极在此过程转换为阳极，将高密度的电子流引向通过被清洗工件区域，保证工件各个角度得到Ar⁺流的充分清洗，可以保证在较低偏压下进行，从而防止轰击过度损伤工件。

本发明采用的技术手段如下：

一种真空涂层设备，所述设备本体包括真空腔及设于真空腔内的电弧增强源、圆柱形磁控溅射靶位、挡板和物料托盘；圆柱形磁控溅射靶位位于真空腔室的四个顶角，其中两个圆柱形磁控溅射靶位中间设有电弧增强源，电弧增强源前设有挡板；