[发明专利]一种B-C-N三元硬质涂层

摘要

一种射频(13.56MHz)磁控溅射制得得B-C-N三元硬质涂层，其是在金属基体表面形成了Ti、TiN、Ti-B-C-N多层过渡涂层，以提高B-C-N硬质涂层与金属基体良好的结合性能；同时，选用了合适的石墨/硼复合靶以及相应的溅射工艺参数，获得了接近于BC2N化学计量比的高性能硬质涂层，涂层中B-C-N的厚度约为150nm，薄膜表面的元素的原子百分含量为23.4B-52.2C-24.4N，表面的硬度约为15GPa。

主权项

一种射频(13.56MHz)磁控溅射制得的B C N三元硬质涂层，其由下述步骤制备得到：首先，将金属基体材料表面抛光，并分别用丙酮、酒精和去离子水等在超声波清洗器中各清洗约10min后，用氮气吹干备用。随后，将基体材料置于真空室内的样品台上，并将Ti靶和石墨/硼复合靶分别置于不同的靶位，其中所述的石墨/硼复合靶是将环状的硼套在圆片状的石墨外，且石墨与硼的面积比在2.5∶1 2∶1之间，石墨的纯度为99.999％、硼的纯度为99.9％，石墨/硼复合靶与基体材料距离为7 8cm。随后将真空室内真空度抽到≤5×10 4Pa，同时通入流量为8 10sccm的Ar，当真空室气压为2 4Pa时，预溅射2 3min，预溅射的功率为50 70W，以进一步清洗基体材料的表面。随后维持Ar的流量为8 10sccm，控制基体材料温度为40 50℃，当真空室气压为1 1.5Pa时，向基体材料施加100 150V的负偏压，同时移开Ti靶的挡板，以50 70W的功率进行溅射，溅射时间为5 10min，以形成一层纯Ti涂层。随后开始通入流量为0.3 0.6sccm的N2，并维持Ar的流量为8 10sccm、真空室气压为1 1.5Pa、基体材料的负偏压为100 150V、基体材料的温度为40 50℃，继续以50 70W的功率进行溅射，溅射时间为15 25min，以形成一层Ti N二元涂层。随后维持Ar的流量为8 10sccm、真空室气压为1 1.5Pa、基体材料的负偏压为100 150V，升高基体材料的温度为250 300℃，N2的流量为0.8 1sccm，移开石墨/硼复合靶的挡板，Ti靶维持以50 70W的功率进行溅射，而石墨/硼复合靶以100 110W功率进行溅射，溅射时间为15 25min，以形成Ti B C N四元涂层。随后维持Ar的流量为8 10sccm、真空室气压为1 1.5Pa、基体材料的负偏压为100 150V、基体材料的温度为250 300℃，关闭Ti靶挡板而维持石墨/硼复合靶溅射，N2的流量升高为3.5 4.5sccm，溅射功率升高至130 140W，溅射时间为80 100min，以形成B C N三元硬质涂层。