[发明专利]采用多弧离子镀制备合金涂层的方法

说明书

本发明涉及一种合金涂层的制备方法，特别是采用多弧离子镀制备合金涂层的方法。

多弧离子镀是一种设有多个可同时蒸发的阴极弧蒸发源的、独特的物理气相沉积技术，该技术具有沉积速率快、膜层组织致密、附着性强、均匀性好等优点。目前采用多弧离子镀技术制造合金涂层的主要困难是难以得到符合成分要求的合金涂层成分，即所制备的合金涂层与原要求的合金涂层的成分含量之间存在着明显偏差，其绝对偏差(指所制备的合金涂层中某一元素的百分含量与原要求的合金涂层中该元素的百分含量之差)甚至达到10％以上，而相对偏差(某合金元素的绝对偏差与所要求的合金涂层中该元素的百分含量之比值)一般在30％以上。由于存在着上述偏差，故很难保证对一些成分含量要求较高的合金涂层的使用性能，如覆盖型高温合金防护涂层和超硬合金反应涂层。为了减少上述偏差，迄今人们在下述方法中作了一些尝试，一种是通过试验法来调整靶材成分，虽能减少些偏差，但效果仍不理想，且工序繁杂，延长制备时间，增大成本；一种是多源蒸发法，即每种合金元素单独制靶，同时沉积，但由于各元素弧蒸发特性不同，目前尚未解决在技术上实现各元素蒸发量的合适比例的问题，况且有的合金元素难以单独制靶，因此这种方法具有一定局限性；再一种是用组合源蒸发的方法，即对靶重新设计，按所要求的合金涂层成分比例，排列合金元素材料，构成组合式靶源，这种方法的缺点是在组合源的结构设计与制造方面难度较大，成本较高，而且要求在镀膜过程中，阴极弧斑严格按规定轨迹在靶面上运动，这在目前技术上难以做到。

本发明是提供一种采用多弧离子镀制备合金涂层的方法，该方法使制备的合金涂层的成分含量与所要求的合金涂层的成分含量之间的偏差控制在绝对偏差小于2％，相对偏差小于15％，基本满足原设计要求，而且成本低，制造简单，对合金元素无特殊限制，对镀覆工艺无特殊要求。

本发明提出的采用多弧离子镀制备合金涂层的方法包括：1.合金涂层的确定；2.工件(基片)的确定并作镀前处理；3.合金靶成分的确定，制造合金靶；4.将工件置于镀膜室工件架上，将合金靶对称置于阴极弧源位置上，工件与合金靶表面距离应大于10厘米；5.对镀膜室抽真空，通入适量氩气，对工件表面进行轰击清洗；6.选择工件负偏压，选择是否通入反应气体；7.镀膜；8.待镀膜结束，降温后取出工件。

所说的合金靶成分的确定方法，是根据下面的公式确定合金靶的化学成分： a i ( 0 ) = a i α i Σ i = 1 n ( a i α i ) × 100 % ]]>式中：i从1取到n为正整数，对合金涂层的制备，n为涂层中包含合金元素的个数；对于合金反应涂层的制备，n为合金反应元素的个数；

a_i为第i种元素在合金涂层中所要求的百分含量，或在合金反应涂层中，该元素占合金元素总量的百分比；

a_i^(O)为第i种元素在合金靶中的百分含量；

α_i为第i种元素在弧等离子体中的离化率。

按上述方式计算得到的a₁^(O)、a₂^(O)、…、a_n^(O)为合金靶各元素所占份额比例，然后按此比例进行合金配料制造合金靶。