[发明专利]一种氮化铌/氮化钛铝锆铌四元双层氮化物膜的制备方法

摘要

一种氮化铌/氮化钛铝锆铌四元双层氮化物膜的制备方法，包括：1、沉积技术的确定；2、靶材成分的选用；3、工件的选择与预处理工艺；4、预轰击工艺；5、沉积工艺；6、加热冷却工艺；7、工件旋转工艺。本发明不仅保证了薄膜的高硬度和高膜/基结合力，提高了薄膜的耐磨性能，尤其极大改善了薄膜的抗高温氧化性能；而且，该方法简单易操作，大大提高了工作效率，降低了镀膜成本。

主权项

一种氮化铌/氮化钛铝锆铌四元双层氮化物膜的制备方法，其特征是：所述的四组元是钛、铝、锆和铌元素，双层结构是以氮化铌为过渡层，以氮化钛铝锆铌为表层，一种氮化铌/氮化钛铝锆铌四元双层氮化物膜的制备方法依次包括：（1）、沉积技术的确定：确定多弧离子镀技术为氮化铌/氮化钛铝锆铌硬质膜的沉积技术；（2）、靶材成分的选用：选用一个铌靶和三个钛铝锆合金靶的组合方式作为弧源，四个靶材互成90度配置，铌靶纯度为99.99%，钛铝锆合金靶中钛：铝：锆原子比为65:30:5；（3）、工件的选择与预处理工艺：工件选择硬质合金和高速钢实际切削刀具，其表面使用金属洗涤剂进行常规去油、去污处理，然后进行抛光处理，最后分别使用丙酮和乙醇进行超声波清洗，烘干后装入真空室准备镀膜；（4）、预轰击工艺：在沉积氮化铌/氮化钛铝锆铌四元双层氮化物膜之前，预先进行离子轰击工艺，当镀膜室背底真空度达到10‑3帕、温度达到260～270摄氏度时通入反应气体氮气，当镀膜室真空度达到2.5´10‑1～3.0´10‑1帕时，同时开启四个弧源进行离子轰击15分钟，钛铝锆合金靶的弧电流控制为80安培，铌靶的弧电流控制为60安培，轰击偏压控制为350伏；（5）、沉积工艺：沉积氮化铌/氮化钛铝锆铌四元双层氮化物膜的具体工艺，分为两个阶段，第一阶段沉积氮化铌过渡层，将镀膜室内的氮气压强保持在2.5´10‑1～3.0´10‑1帕，关闭钛铝锆合金靶的弧电流，铌靶的弧电流仍置于60安培，工件偏压控制为100～200伏，沉积时间为40分钟；第二阶段沉积氮化钛铝锆铌表层，将镀膜室内的氮气压强仍保持在2.5´10‑1～3.0´10‑1帕，重新开启钛铝锆合金靶的弧电流，置于80安培，铌靶的弧电流仍置于60安培，工件偏压控制为100～200伏，沉积时间为20分钟；（6）、加热冷却工艺：工件预轰击工艺之前进行电热体烘烤加热，升温速度控制在3～5摄氏度/分钟，1小时后达到260～270摄氏度；沉积过程结束后对所沉积的氮化铌/氮化钛铝锆铌双层硬质膜也进行加热烘烤，采用小电流进行微加热10～15分钟，钛铝锆合金靶和铌靶的弧电流分别从80安培和60安培逐渐降至20安培，随后关闭所有靶材的弧电流，工件随炉冷却至室温即可；（7）、工件旋转工艺：在薄膜制备的整个过程中，一直保持工件旋转，沉积氮化铌过渡层时，传动轴电压为45伏，沉积氮化钛铝锆铌表层时，传动轴电压为35伏，转速控制为4～10转/分钟；按照上述方法可以获得氮化铌/氮化钛铝锆铌四元双层氮化物膜。