[发明专利]氮离子束辅助电弧离子镀沉积TiAlN膜层新工艺

摘要

氮离子束辅助电弧离子镀沉积TiAlN膜层新工艺，采用的设备是氮气离子镀深积，包括将工件用乙醇溶液清洗后放入该机真空室内的转盘上，对真空室抽真空至10^－2～10^－3Pa，启动旋转机构，使转盘转动，向真空室和气体离子源室充氮气，对工件施加负偏压－550V，对进入气体离子源室的氮气施加电压12KV，电流强度6mA，对工件表面氮离子轰击15min。将钛铝合金靶蒸发并电离，进行膜层沉积。再向真空室内通入压强为3×10²Pa氮气，进行12min的氮气保护等工艺步骤。本发明有效地降低了膜层中“大颗粒”的数量和尺寸，明显地提高了膜层的显微硬度和膜层与基体的结合力，为制备高质量的尤其是纳米尺度的功能膜层提供了理论基础和技术支持。

主权项

1、氮离子束辅助电弧离子镀沉积TiAlN膜层新工艺，采用的主要设备是氮离子镀沉积TiAlN膜层机，该机包括机座(6)、真空室(1)、金属蒸发源(3)、抽真空系统(5)、旋转机构(4)、气体离子源室(7)、氮气源(8)；旋转机构(4)包括转盘(14)和电机(15)，转盘位于真空室(1)内；电机(15)的输出轴通过蜗轮蜗杆机构驱动转盘(14)转动；真空室(1)的壁内有水冷却夹套，在转盘(14)内设有冷水通道，其特征在于该工艺包括下述工艺步骤：A、将显微硬度HV0.05850～900的高速钢工件进行抛光处理后用浓度为10％的乙醇或丙酮溶液清洗，从清洗容器中取出后用电吹风机吹干备用；B、将上述处理后的工件放入真空室(1)内的转盘(14)上，关闭真空室(1)的真空室门(2)，启动抽真空系统(5)的真空泵，对真空室(1)抽真空，使真空室(1)内压力为10-2～10-3Pa为止；启动旋转机构(4)的电机(15)，驱动转盘(14)带着工件旋转，真空室(1)的冷却夹套和转盘(14)泵入冷水，进行水冷，开启氮气源(8)和电磁阀(11)，通过氮气进气管(10)将氮气输送到电磁阀(11)，电磁阀(11)通过离子源进气管(12)和真空室进气管(13)分别向气体离子源室(7)与真空室(1)内充氮气，使真空室(1)内压力达到0.3～0.4Pa；C、打开负偏压电源，对工件施加负偏压-550～-600V，同时接通气体离子源电源，对氮离子施加加速电压10～15KV，电流强度5～10mA，用氮离子束对工件表面进行氮离子轰击10～15min；D、打开金属蒸发源(3)的电源，将原子比为1∶1的钛铝合金靶蒸发并电离，进行膜层的沉积；电弧电流为60～80A；负偏压-90～-120V；加速电压10-12.5kV、电流强度5～7.5mA；工作压强为0.3Pa；沉积时间30～60min；E、关闭金属蒸发源(3)；继续施加负偏压-90～-120V；加速电压10～12.5kV、电流强度5～7.5mA；工作压强0.3Pa；对沉积后的膜层轰击时间为10～15min；关闭负偏压、气体离子源室(7)的电源；向真空室(1)内通入压强为2×102Pa氮气，进行10～15min氮气保护，当膜层的表面温度低于150℃时，向真空室内通入空气；打开真空室门(2)；取出工件，关闭电源和水源。