[发明专利]多弧离子镀膜涂层工艺

说明书

本发明公开了一种多弧离子镀膜涂层工艺。其工艺步骤为：步骤1、基材预处理；步骤2、磁控多弧离子镀TiN过渡涂层；步骤3、磁控多弧离子镀TiTaN涂层；步骤4、磁控多弧离子镀TiTaN‑BiScCoCN涂层。采用辉光放电和离子轰击对基材进行刻蚀，提高了涂层与基材的结合强度，同时，使用磁控弧技术对基材进行多弧离子镀TiTaN‑BiScCoCN涂层，二次镀膜采用TaTi靶作为靶材，三次镀膜中使用Co靶材、BiScC靶，使涂层粘结更好的，提高涂层致密性和耐磨性。与现有技术相比，本发明通过多弧离子镀膜涂层工艺制备的TiTaN‑BiScCoCN涂层具有耐磨性好、耐热盐腐蚀性好以及与基材结合强度好的优点。

技术领域

本发明涉及表面防护涂层技术领域，尤其涉及一种多弧离子镀膜涂层工艺。

背景技术

材料表面技术从学科上大体可分为表面涂镀、表面改性技术、薄膜技术。涉及的具体工艺包括：电镀、涂装、堆焊、热喷涂、热扩渗、化学转化、气相沉积、三束改性等。薄膜技术中的成膜技术分类复杂，目前较具有代表性的两种为：物理气相沉积技术与化学气相沉积技术，即将一种或多种特殊材料的原子通过复杂的物理或化学方法，转移至另一种材料的表面，实现将具有特殊功能的材料与待优化物体的表面材料进行结合，使待优化物体表面获得特殊性能，如更高的硬度、更低的摩擦系数、更小的表面粗糙度等。化学气相沉积，即利用化学原理，使具有特殊性能的材料气化状态下参与特定的化学反应，反应生成的固态物质沉积至基片表面，最终在基片表上形成具有特殊性能的膜层，但沉积温度较高易使反应气体与装置器件发生化学反应生成杂质，增加制膜成本。高温易使基体表面的发生金相结构变化，影响膜层的纯度与稳定性。物理气相沉积技术可大致分为真空蒸镀，溅射镀，以及离子镀等三种类型。真空蒸发镀是利用电阻、激光或感应加热等加热方法，将固态的靶材在高温状态蒸发或汽化后，沉积至基体表面，形成膜层，但是沉积所得薄膜的均匀性较差，与基体间的结合力较低；溅射镀是利用高能惰性气体离子在电场、磁场或复合场的作用下，撞击靶材表面，在高能碰撞过程中，发生能量的传递与损失，产生大量脱离靶材表面的靶材离子或离子团以及大量的热，然后在特定物理传输场的作用下，被沉积至基体表面形成薄膜，但工作气压较高，沉积速度过慢限制了传统型溅射镀膜的实际应用；离子镀是根据辉光放电或弧光放电等原理使靶材表面的离子在强电场的作用下沉积至基体表面，形成薄膜，其中，电弧型离子镀中的多弧离子镀技术已成为当前工业生产中主流技术之一。

多弧离子镀结合了真空蒸镀以及溅射镀膜的特点，以镀膜材料作为靶材阴极，利用真空弧光放电形成等离子体区，弧光放电蒸发出的靶材粒子运动到等离子区之后发生离化，带电的靶材粒子在负偏压的驱动下加速运动到基体表面后沉积成膜的镀膜方法。多弧离子镀最显著的特征是不需要熔池，可以从阴极直接产生等离子体，可以根据工件的形状自由布设阴极靶，极大的简化了多弧离子镀设备。同时，电离激发的粒子能量高，使制备的膜密度高，强度和耐久性良好，膜层之间粘合强度好。然而，弧离子镀技术中由于控弧技术的不完善造成的弧斑运动的不稳定以及沉积过程中的液滴喷溅等问题一直未能得到有效的解决。研究人员尝试利用屏蔽电弧、过滤电弧等方式限制弧斑运动，或通过改变电弧电源、引弧方式、控弧磁场等影响弧斑运动，但效果不够理想。在此期间，人们认识到，最有效的控弧方式为磁场控弧，根据弧斑的运动状态来调节磁场大小的形式，控制弧斑运动。目前对磁场、弧斑、靶材，包括弧流、偏压、气氛等各方面的研究已经逐渐开展起来。经过一定的发展，多弧离子镀在餐饮器具、卫生洁具、工业装饰、五金工具、汽摩轻工、医疗器械、航空航天、军械装备等众多行业获得实际应用。为满足领域质量需求，对多弧离子镀涂层的要求越来越高。涂层也向着两种或两种以上材料复合沉积制备多元混合涂层以及选用不同膜材制备多层结构两大方向上发展，研究人员制备出(Ti,Cr)N混合涂层，发现其力学性能和耐腐蚀性优于单一膜涂层。更有研究人员掺入Al元素制备出(Ti,Ag,Cr)N混合涂层，涂层性能提高。由此可见，多元涂层是研究热点。