[发明专利]一种纳米复合MeSiCN涂层的制备装置及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米复合MeSiCN涂层的制备装置及其制备方法，在真空室内无需增加额外结构设计，并能够有效解决现有多弧离子镀工艺中加入含有碳、氮和硅元素的有机硅气体后，靶表面很容易生成导电差的反应物，导致放电不稳定、基体获得电流降低，涂层质量不好的问题；本发明在金属靶前通入有机硅气体后，金属蒸汽和反应气体被磁场增强脉冲多弧发射出来的高密度电子离化，沉积在工件表面形成MeSiCN纳米复合涂层；本发明具有设备和工艺简单、沉积速度快、成本低、膜基结合强度高等优点。

技术领域

本发明涉及硬质涂层制备技术领域，具体涉及一种纳米复合MeSiCN涂层的制备装置及其制备方法。

背景技术

随着对零件表面防护性能要求的提高，具有更高硬度和韧性的多元纳米复合超硬涂层（如TiSiCN、TiCrSiCN、CrAlSiCN等）取得了比二元和三元硬质涂层更好的效果，由于形成非晶包裹纳米晶的三维网状结构，从而实现硬度、韧性等机械性能的提升，显著提高了零件的使用寿命，越来越受到材料工作者的关注。

沉积MeSiCN涂层的方法主要是基于等离子体化学气相沉积（PECVD）和等离子体物理气相沉积（PVD）的方法。

PECVD方法沉积效果较好，但是处理温度较高，限制了许多零件的应用；

采用磁控溅射金属靶或金属合金靶制备多元纳米复合超硬涂层时，金属合金靶材生产难度大、价格昂贵，而且磁控溅射技术金属离化程度低。

采用等离子体增强磁控溅射技术（PEMS），反应气体离化提高，但是需要考虑灯丝密封以及配备灯丝电源，此外灯丝需要定期更换，而且金属离化率并没有显著提升；

与磁控溅射相比，多弧离子镀技术的离化率高，金属离化率可达到80％以上，但是气体的离化率仍然较低，特别是对于不易离化的有机硅等气体分子，较低的离化率会导致膜层致密性下降；而且，在多弧靶工作过程中加入有机硅气体，容易发生靶中毒现象，导致弧压升高，放电不稳定，而且工件偏流降低。

利用辅助阳极增强阴极弧技术沉积多元纳米复合超硬涂层，在离化有机硅气体和减少靶中毒方面取得了较好效果，但是需要在真空室内增加阳极，真空室内空间受到影响，而且辅助阳极工艺操作较为复杂；此外需要考虑密封、水冷等，且辅助阳极容易污染导致其放电不稳定，且需要定期清理。

发明内容

鉴于现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种磁场增强脉冲多弧离子镀纳米复合MeSiCN涂层的装置及其方法，具有高沉积速率、成本低的特点。

本发明的技术方案如下：

一种纳米复合MeSiCN涂层的制备装置，包括真空室、第一脉冲多弧电源、第二脉冲多弧电源、第一金属多弧靶源及第二金属多弧靶源，所述真空室内设有用于放置基体的转架，其底部设有进气口，所述转架与真空室转动连接，所述第一金属多弧靶源与第二金属多弧靶源设置于真空室的内壁上，两金属多弧靶源与真空室固定连接，所述第一金属多弧靶源和真空室之间连有第一脉冲多弧电源，第二金属多弧靶源和真空室之间连有第二脉冲多弧电源；转架和真空室之间连有偏压电源，所述真空室外靠近第一脉冲多弧电源和第二脉冲多弧电源分别设有第一电磁线圈和第二电磁线圈。

进一步地，包括第一进气管和第二进气管，第一进气管和第二进气管分别设置于第一金属多弧靶源的旁边和第二金属多弧靶源的旁边；包括第一流量计和第二流量计，所述第一流量计和第二流量计分别设置于第一进气管和第二进气管上。

进一步地，所述第一金属多弧靶源的电连接端与第一脉冲多弧电源的负极电气连接，第一脉冲多弧电源的正极与真空室电气连接；所述第二金属多弧靶源的电连接端与第二脉冲多弧电源的负极电气连接，第二脉冲多弧电源的正极与真空室电气连接；偏压电源的负极与转架的电连接端电气连接，偏压电源的正极与真空室的电连接端电气连接，且真空室接地。