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【中文】一种磁控电弧离子镀复合沉积工艺和沉积装置
【EN】A kind of magnetron arc ion plating composite deposition technique and deposition apparatus

申请(专利)号:CN201310306603.3国省代码:辽宁 21
申请(专利权)人:【中文】中国科学院金属研究所【EN】Institute of metal research, Chinese Academy of Sciences
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摘要:
【中文】本发明属于材料表面改性领域,具体为一种磁控电弧离子镀复合沉积工艺和沉积装置,用于控制阴极弧斑运动速度,约束等离子体的传输,提高薄膜的沉积速率和沉积均匀性,减少靶材表面大颗粒的喷射,提高靶材刻蚀均匀性。电弧离子镀装置设置有两套磁场发生装置,一套置于靶材后面,另一套置于等离子体传输通道外侧,通过两套磁场发生装置产生的耦合磁场辅助对基体表面进行薄膜沉积。本发明通过两套耦合的磁场发生装置产生的耦合磁场,可以减少靶材表面大颗粒的发射和薄膜中大颗粒的数量,解决了传统工艺等离子体在传输空间上的不均匀性,提高了等离子体的利用率,增加了薄膜的沉积速率与薄膜厚度均匀性,为制备各种高性能的薄膜提供有效保障。【EN】Paragraph:The invention belongs to field of material surface modification, be specially a kind of magnetron arc ion plating composite deposition technique and deposition apparatus, for control cathode spots moving speed, the transmission of confining plasma, improve sedimentation rate and the deposition uniformity of film, reduce the oarse-grained injection of target material surface, improve target etching homogeneity.Arc ion plating apparatus is provided with two cover field generator for magnetic, and one is placed on after target, is another set ofly placed in outside Plasma Transport Channel, and the coupled magnetic field produced by two cover field generator for magnetic is auxiliary carries out thin film deposition to matrix surface.The coupled magnetic field that the present invention is produced by the field generator for magnetic of two cover couplings, oarse-grained quantity in the oarse-grained transmitting of target material surface and film can be reduced, solve the ununiformity of traditional technology plasma body on transmission space, improve the utilization ratio of plasma body, adding sedimentation rate and the film gauge uniformity of film, providing effective guarantee for preparing various high performance film.

主权项:
【中文】一种磁控电弧离子镀复合沉积工艺,其特征在于,电弧离子镀沉积装置设有两套磁场发生装置:一套磁场发生装置Ⅰ置于靶材后面,称为弧斑约束磁场发生装置;另一套磁场发生装置Ⅱ置于真空室外的等离子体传输通道外侧,称为等离子体约束磁场发生装置;通过两套磁场发生装置产生的耦合磁场,辅助对基体表面进行薄膜沉积;电弧离子镀沉积装置包括:真空室、等离子体约束电磁线圈支撑圆筒、等离子体约束电磁线圈、靶材、引弧针、引弧线圈、出水管、进水管、弧斑约束电磁线圈、弧斑约束电磁线圈支撑圆筒、镀镍纯铁、水冷套、脉冲偏压电源、工件、工件台,具体结构如下:靶材的一端伸至真空室内,靶材的另一端设置水冷套,水冷套连有出水管、进水管,形成靶材的循环水冷结构;真空室内的引弧针一端与靶材相对应,引弧针的另一端与引弧线圈连接;靶材通过靶材电源加电后,采用引弧线圈产生的电磁场吸引引弧针与靶材表面接触,接触瞬间产生的短路电流将弧斑引燃,随后产生连续的弧斑;在靶材后面设置有弧斑约束电磁线圈,并由位于弧斑约束电磁线圈内侧的弧斑约束电磁线圈支撑圆筒支撑,弧斑约束电磁线圈和弧斑约束电磁线圈支撑圆筒中间设置镀镍纯铁,以增强弧斑约束电磁线圈产生的磁场;在等离子体传输通道的真空室外侧设置等离子体约束电磁线圈,并由位于等离子体约束电磁线圈内侧的等离子体约束电磁线圈支撑圆筒支撑,通过等离子体约束电磁线圈产生的磁场对等离子体传输进行约束控制;在真空室中设置工件台,工件固定于工件台上;在工件台上连接脉冲偏压电源,脉冲偏压电源的负极接工件台,其正极接真空室的外壁,从而构成一个脉冲电场,对等离子体进行定向加速;在工件内部设置的脉冲电场需要使用脉冲偏压电源,偏压幅值100~1500V,频率为10~100kHz,占空比为10~80%连续可调;在靶材后面设置电磁场发生装置,利用电磁场对弧斑的运动进行控制,提高弧斑运动速度;在等离子体束流从阴极靶材表面喷射出来后,即采用磁场与等离子体的交互作用,对等离子体束流进行聚焦与约束;在基体表面设置脉冲电场,在管壁施加脉冲负偏压对正离子进行加速。【EN】1. a magnetron arc ion plating composite deposition technique, is characterized in that, electric arc ion-plating deposition device is provided with two cover field generator for magnetic: a set of field generator for magnetic I is placed in after target, is called arc spot confining magnetic field generating unit; Another set of field generator for magnetic II is placed in outside the Plasma Transport Channel outside vacuum chamber, is called plasma confinement magnetic fields generating unit; By the coupled magnetic field that two cover field generator for magnetic produce, assist and thin film deposition is carried out to matrix surface; Electric arc ion-plating deposition device comprises: vacuum chamber, plasma containment solenoid support cylinder, plasma containment solenoid, target, striking pin, striking coil, rising pipe, water inlet pipe, arc spot constraint solenoid, arc spot constraint solenoid support cylinder, nickel plating pure iron, water jacket, pulsed bias power supply, workpiece, work stage, and concrete structure is as follows: One end of target extends in vacuum chamber, and the other end of target arranges water jacket, and water jacket is connected with rising pipe, water inlet pipe, forms the recirculated water cooling structure of target; Striking pin one end in vacuum chamber is corresponding with target, and the other end of striking pin is connected with striking coil; After target is powered up by target power supply, the electromagnetic fields attract striking pin adopting striking coil to produce contacts with target material surface, and arc spot ignites by the short-circuit current that Contact produces, and produces continuous print arc spot subsequently; Arc spot constraint solenoid is provided with after target, and retrain the support of solenoid support cylinder by being positioned at the arc spot arc spot retrained inside solenoid, in the middle of arc spot constraint solenoid and arc spot constraint solenoid support cylinder, nickel plating pure iron is set, to strengthen the magnetic field that arc spot constraint solenoid produces; At the vacuum chamber arranged outside plasma containment solenoid of Plasma Transport Channel, and supported by the plasma containment solenoid support cylinder be positioned at inside plasma containment solenoid, the magnetic field plasma transmission produced by plasma containment solenoid is carried out constraint and is controlled; Arrange work stage in a vacuum chamber, workpiece is fixed in work stage; Work stage connects pulsed bias power supply, and the negative pole of pulsed bias power supply connects work stage, and its positive pole connects the outer wall of vacuum chamber, thus forms a pulsed electrical field, and plasma carries out orientation to accelerate; The pulsed electrical field arranged at inside workpiece needs to use pulsed bias power supply, bias voltage amplitude 100 ~ 1500V, and frequency is 10 ~ 100kHz, and dutycycle is 10 ~ 80% continuously adjustabe; Electromagnetic field generator is set after target, utilizes the motion of electromagnetic field to arc spot to control, improve spots moving speed; After plasma body line ejects from cathode targets surface, namely adopt the interaction of magnetic field and plasma body, plasma line carries out focusing on and retrains; Pulsed electrical field is set at matrix surface, applies pulsed negative bias at tube wall and positive ion is accelerated.


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说明书

一种磁控电弧离子镀复合沉积工艺和沉积装置

技术领域:


本发明属于材料表面改性领域,具体为一种磁控电弧离子镀复合沉积工艺和


沉积装置,用以提高弧斑运动速度,减少靶材表面大颗粒发射,提高薄膜的沉积


速率与沉积均匀性。


背景技术:


电弧离子作为工业应用最为广泛的物理气相沉积(PVD)技术之一,由于其


离化率高,入射粒子能量高,绕射性好,可实现低温沉积等一系列优点,使电弧


离子镀技术得到快速发展并获得广泛应用。但是,由于电弧离子镀中大颗粒的存


在,严重影响了涂层和薄膜的性能和寿命。因此,有关如何解决阴极电弧镀中大


颗粒问题对阴极电弧的发展影响很大,成为阻碍电弧离子镀技术更深入广泛应用


的瓶颈问题。而磁过滤技术是在等离子体传输过程中将大颗粒排除掉的方法,是


等症状出现以后用来治标而不治本的方法,因此是一种消极的方法。


真空电弧放电实际上是一系列电弧事件,电弧阴极斑点及弧根的运动决定了


整个电弧的运动,相邻弧斑的次第燃起和熄灭构成了弧斑的运动。尽管对弧斑内


部结构还没有确切了解,但为了提高放电过程稳定性及沉积薄膜质量,必须对弧


斑运动进行合理的控制。而弧斑的聚集与运动速度过慢是阴极靶材表面产生大颗


粒发射的主要原因。目前的电弧离子镀技术主要是采用在靶材附件施加磁场来控


制弧斑的运动,以提高电弧放电稳定性。


中国专利200810010762.4公开了一种新的电弧离子镀装置(多模式可编程调


制的旋转横向磁场控制的电弧离子镀装置),通过在靶材附近设置一个多模式可编


程调制的旋转横向磁场发生装置,利用该装置产生的旋转横向磁场来改善弧斑的


放电形式和工作稳定性,减少靶材表面大颗粒的发射。尽管利用该装置沉积的薄


膜表面大颗粒明显减少,但是不同位置处薄膜的沉积均匀性仍有待改善。


中国专利200710158829.4公开了一种磁场增强的电弧离子镀沉积工艺,通过


设置两套磁场发生装置,一套放置于靶材后面,另一个放置于真空室内,通过两


套耦合的磁场发生装置产生的耦合磁场辅助对基体进行沉积。利用该工艺使得薄


膜表面大颗粒明显减少,薄膜沉积均匀性也有改善,但是在真空室内设置的电磁


场线圈在电弧等离子体空间易发生电荷累积及薄膜沉积过程中带来的高温烘烤,


其稳定性大大降低。因此,既要通过磁场控制弧斑运动以减少靶材表面大颗粒发


射,又要解决等离子体传输过程中的均匀性仍存在一定困难。


发明内容:


为了解决以上问题,本发明旨在提供一种磁控电弧离子镀复合沉积工艺和沉


积装置,用以提高弧斑运动速度,减少靶材表面大颗粒发射,提高薄膜的沉积速


率与沉积均匀性。


为了实现上述目的,本发明的技术方案是(见权利要求书):


本发明的核心思想是:


为了有效改善靶材表面大颗粒发射,在靶材后面设置电磁场发生装置,利用


电磁场对弧斑的运动进行控制,提高弧斑运动速度;在等离子体束流从阴极靶材


表面喷射出来后,即采用磁场与等离子体的交互作用,对等离子体束流进行聚焦


与约束,以减少等离子体在传输过程中的损失程度,以实现等离子体对基体表面


薄膜沉积的均匀性。此外,为了加强离子与基体的良好结合,在基体表面设置脉


冲电场,在管壁施加脉冲负偏压对正离子进行加速,以保证薄膜与基体的良好结


合。


本发明的有益效果是:


1、本发明采用两套磁场发生装置产生的耦合磁场,减少了靶材表面大颗粒


的发射和薄膜表面大颗粒的数量,提高了薄膜质量。同时,还解决了传统工艺中


等离子体传输过程的不均匀性,提高了薄膜的沉积速率和沉积均匀性。


2、本发明中放置于靶材后面的磁场发生装置产生的磁控可以控制弧斑的运


动速度,提高靶面横向磁场分量的大小,减少靶材表面大颗粒的发射,并通过改


变线圈电流的形式如交流电,可以使弧斑在整个靶面上均匀运行,提高靶材利用


率。


3、本发明中两套磁场的耦合使用,可以改善等离子体在传输过程中的空间


分布。通过调节放置于真空室外侧的磁场发生装置产生的磁场大小,可以改变基


体处离子的密度及分布,进而控制薄膜质量及性能。


4、本发明中放置于真空室外侧的磁场发生装置,可以在等离子体从靶面喷


射出来后即进行聚焦约束,减少等离子体沉积到真空室壁的损失,提高等离子体


密度与空间分布均匀性,进而提高薄膜沉积速率及沉积均匀性。


5、本发明的磁控电弧离子镀复合沉积工艺配合在基体上施加脉冲偏压使用,


可以扩大工艺参数的调节范围,为制备不同性能的薄膜提供保障。同时,可以通


过优化工艺参数达到制备高质量薄膜的要求。


附图说明:


图1是本发明的采用均匀磁场和电场增强的磁控电弧离子镀复合工艺沉积装


置。


图2是本发明的采用梯度磁场和电场增强的磁控电弧离子镀复合工艺沉积装


置;其中,梯度磁场由若干个电磁线圈组成,磁感应强度分别调整,且其大小沿


着等离子体束流方向逐渐减小。


图中:1真空室,2等离子体约束电磁线圈支撑圆筒,3等离子体约束电磁线


圈,4靶材,5引弧针,6引弧线圈,7出水管,8进水管,9弧斑约束电磁线圈,


10弧斑约束电磁线圈支撑圆筒,11镀镍纯铁,12水冷套,13脉冲偏压电源,14


工件,15工件台。


具体实施方式:


本发明是通过在电弧离子镀过程中采用弧斑约束磁场控制弧斑的运动速度


及运动轨迹,以减少靶材表面大颗粒发射;采用等离子体约束磁场以约束等离子


体的传输及等离子体束流运动轨迹,以提高等离子体的传输效率、薄膜沉积速率


及沉积均匀性;利用电场对等离子体实现加速定向流动,以提高膜基结合强度,


从而实现等离子体在工件表面沉积高质量薄膜的目的。


本发明采用金属纯钛靶(也可以是其它金属或合金靶材),将工件清洗干燥


后固定于电弧离子镀沉积装置的工件台上,抽真空至真空室内真空度达到


5×10-3Pa~1×10-2Pa时,通氩气、气压控制在0.5~2Pa之间,调节弧斑约束电磁


线圈电流为0.1~5A,聚束磁场线圈电流为0.5~10A,磁感应强度范围为10~2000


高斯,工件加负偏压-500V~-1000V范围,对工件进行辉光清洗5~30分钟;然


后,调整Ar气流量,使真空室气压调整为0.5~1.0Pa,同时开启靶弧,对样品继


续进行靶离子轰击1~10分钟;首先调整基体偏压为-100~-600V范围,通氮气、


调整气压为0.1~1.0Pa;调节弧斑约束电磁线圈电流为0.2~4A,聚束磁场线圈电


流为0.5~10A,磁感应强度范围为10~2000高斯,镀膜时间为20~120分钟。


沉积结束后,迅速关闭基体偏压,关闭靶弧电源开关,停止气体通入,继续抽真


空至工件随炉冷却至80℃以下,镀膜过程结束,打开真空室,取出工件。


本发明中,在电弧离子镀沉积装置设置有两套磁场发生装置,一套放在真空


室外靶材的后面,即用弧斑约束电磁线圈产生的磁场控制弧斑运动速度及运动轨


迹;另一套放置于真空室外等离子体的传输通道上,通过等离子体约束电磁线圈


产生的磁场对等离子体束流进行聚焦,约束等离子体束流传输时的横截面直径和


传输效率;利用电场对等离子体实现加速定向流动,即在工件上施加脉冲负偏压,


利用脉冲负偏压产生的偏压电场对正离子进行加速,以提高薄膜与工件的结合强


度。


本发明中,放置于真空室外靶材后面的磁场发生装置为一个电磁线圈,线径


0.5~2.5mm,缠绕密度为20~100匝/mm,电磁线圈用支撑筒支撑,支撑筒内径


为200~400mm,长度为200~400mm。


本发明中,放置于真空室外等离子体传输通道上的磁场发生装置为一个电磁


线圈,线径0.3~2.5mm,缠绕密度为10~100匝/mm,电磁线圈用支撑筒支撑,


支撑筒内径为200~400mm,长度为200~500mm,通过调节电磁线圈电流的大


小来调节磁感应强度的大小。


本发明中,电磁线圈的电流形式是直流、交流或脉冲的,电流大小通过调压


电源调节。


本发明中,在工件内部设置的脉冲电场为以工件作为脉冲电场负极,真空室


壁作为正极,从而构成一个脉冲电场,对等离子体进行定向加速。


本发明中,在工件内部设置的脉冲电场需要使用脉冲偏压电源,偏压幅值


100~1500V,频率为10~100kHz,占空比为10~80%连续可调。


实施例1


本实施例中,电弧离子镀膜装置如图1所示,电弧离子镀装置主要包括:真


空室1、等离子体约束电磁线圈支撑圆筒2、等离子体约束电磁线圈3、靶材4、


引弧针5、引弧线圈6、出水管7、进水管8、弧斑约束电磁线圈9、弧斑约束电


磁线圈支撑圆筒10、镀镍纯铁11、水冷套12、脉冲偏压电源13、工件14、工件


台15等,具体结构如下:


靶材4的一端伸至真空室1内,靶材4的另一端设置水冷套12,水冷套12


连有出水管7、进水管8,形成靶材4的循环水冷结构。真空室1内的引弧针5


一端与靶材4相对应,引弧针5的另一端与引弧线圈6连接。靶材4通过靶材电


源加电后,采用引弧线圈6产生的电磁场吸引引弧针5与靶材4表面接触,接触


瞬间产生的短路电流将弧斑引燃,随后产生连续的弧斑;在靶材4后面设置有弧


斑约束电磁线圈9,并由位于弧斑约束电磁线圈9内侧的弧斑约束电磁线圈支撑


圆筒10支撑,弧斑约束电磁线圈9和弧斑约束电磁线圈支撑圆筒10中间设置镀


镍纯铁11,以增强弧斑约束电磁线圈9产生的磁场;在等离子体传输通道的真空


室1外侧设置等离子体约束电磁线圈3,并由位于等离子体约束电磁线圈3内侧


的等离子体约束电磁线圈支撑圆筒2支撑,通过等离子体约束电磁线圈3产生的


磁场对等离子体传输进行约束控制;在真空室1中设置工件台15,工件14固定


于工件台15上;在工件台15上连接脉冲偏压电源13,脉冲偏压电源13的负极


接工件台15,其正极接真空室1的外壁。


本实施例中,等离子体约束电磁线圈3产生的磁场为均匀磁场,均匀磁场是


指放置于真空室外等离子体传输通道上的磁场发生装置为一个电磁线圈,电磁线


圈的线径、缠绕密度相同等参数相同,其特点是可以在管状工件内部等效位置处


(即距离轴向不同位置处)产生的磁感应强度基本相同,且等效位置处的磁感应


强度不随轴向深度的变化而变化。


基材采用高速钢(牌号为W18Cr4V),试样尺寸为20mm×10mm×10mm,镀


膜面尺寸为20mm×10mm。镀膜前基材表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥


后,放入真空室工件台上。本实施例中,靶材为纯钛靶。抽真空至真空室内真空


度达到5×10-3Pa时,通氩气、气压控制在1.0Pa,调节弧斑约束电磁线圈电流为


3.0A,等离子体约束电磁线圈电流为5.0A,磁感应强度分别为500高斯与800高


斯,工件加脉冲负偏压-600V,对工件进行辉光清洗10分钟;然后,调整Ar气


流量,使真空室气压调整为0.5Pa,同时开启钛弧,对样品继续进行钛离子轰击6


分钟;首先调整基体偏压为-400V范围,通氮气、调整气压为0.4Pa;调节弧斑约


束电磁线圈电流为0.5A,等离子体约束电磁线圈电流为8.0A,磁感应强度分别为


200高斯与1200高斯,镀膜时间为60分钟。沉积结束后,迅速关闭基体偏压,


关闭钛弧电源开关,停止气体通入,继续抽真空至工件随炉冷却至80℃以下,镀


膜过程结束,打开真空室,取出工件。


本实施例可以在高速钢工件上沉积致密的TiN薄膜,TiN薄膜的厚度为


3.1μm,薄膜显微硬度达到22GPa,膜基结合强度为65N,工件镀膜后能显著提


高其耐磨和耐腐蚀性能。


实施例2


与实施例1的不同之处是,等离子体约束电磁线圈3由若干个电磁线圈组成,


这些电磁线圈的磁感应强度分别调整,且其大小沿着等离子体束流方向逐渐减小。


其具体的沉积装置如图2所示,与图1不同之处在于,本实施例工件等离子体约


束电磁线圈3的磁场采用梯度磁场,梯度磁场是指放置于等离子体传输通道上真


空室外的磁场发生装置为4个电磁线圈,电磁线圈的线径、缠绕密度等参数相同,


这些电磁线圈的磁感应强度通过分别调整其电磁线圈电流的大小来实现,且其磁


感应强度大小沿着等离子体束流方向逐渐减小,从而构成一个梯度磁场。梯度磁


场是相对于均匀磁场而言的,其特点是在等离子体传输通道轴向内部等效位置处


(即距离轴向不同位置处)产生的磁感应强度随着与靶材距离的变化逐渐减小,


而呈梯度变化。


基材采用高速钢(牌号为W18Cr4V),试样尺寸为30mm×20mm×10mm,镀


膜面尺寸为30mm×20mm。镀膜前基材表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥


后,放入真空室工件台上。本实施例中,靶材为纯钛靶。抽真空至真空室内真空


度达到6×10-3Pa时,通氩气、气压控制在1.2Pa;调节弧斑约束电磁线圈电流为


3.6A,其磁感应强度为500高斯;调节等离子体约束电磁线圈(随着与靶材距离


增加)电流分别为5.0A、4.5A、4.0A、3.5A,磁感应强度分别为800高斯、700


高斯、600高斯及500高斯,工件加脉冲负偏压-600V,对工件进行辉光清洗10


分钟;然后,调整Ar气流量,使真空室气压调整为0.5Pa,同时开启钛弧,对样


品继续进行钛离子轰击6分钟;首先调整基体偏压为-400V范围,通氮气、调整


气压为0.4Pa;调节弧斑约束电磁线圈电流为0.5A,等离子体约束电磁线圈电流


分别为8.0A、7.0A、6.0A及5.0A,磁感应强度分别为1200高斯、1050高斯、900


高斯及750高斯,镀膜时间为60分钟。沉积结束后,迅速关闭基体偏压,关闭钛


弧电源开关,停止气体通入,继续抽真空至工件随炉冷却至80℃以下,镀膜过程


结束,打开真空室,取出工件。


本实施例可以在高速钢工件上沉积致密的TiN薄膜,TiN薄膜的厚度为


3.2μm,薄膜显微硬度达到23GPa,膜基结合强度为68N,工件镀膜后能显著提


高其耐磨和耐腐蚀性能。


实施例3


本实施例采用如图1所示的电弧离子镀装置,基材采用硬质合金(牌号为


YT5),试样尺寸为20mm×10mm×10mm,镀膜面尺寸为20mm×10mm。镀膜前


基材表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥后,放入真空室工件台上。本实施


例中,靶材为钛铝(50at.%:50at.%)合金靶。抽真空至真空室内真空度达到5×10-3Pa


时,通氩气、气压控制在1.0Pa,调节弧斑约束电磁线圈电流为3.0A,等离子体


约束电磁线圈电流为5.0A,磁感应强度分别为500高斯与800高斯,工件加脉冲


负偏压-600V,对工件进行辉光清洗10分钟;然后,调整Ar气流量,使真空室


气压调整为0.5Pa,同时开启钛铝弧,对样品继续进行钛、铝离子轰击6分钟;首


先调整基体偏压为-400V范围,通氮气、调整气压为0.4Pa;调节弧斑约束电磁线


圈电流为0.5A,等离子体约束电磁线圈电流为8.0A,磁感应强度分别为200高斯


与1200高斯,镀膜时间为60分钟。沉积结束后,迅速关闭基体偏压,关闭钛铝


弧电源开关,停止气体通入,继续抽真空至工件随炉冷却至80℃以下,镀膜过程


结束,打开真空室,取出工件。


本实施例可以在硬质合金工件上沉积致密的Ti-Al-N薄膜,Ti-Al-N薄膜的厚


度为3.6μm,薄膜显微硬度达到30GPa,膜基结合强度为60N,工件镀膜后能显


著提高其耐磨和耐腐蚀性能。


实施例4


本实施例采用如图2所示的电弧离子镀装置,基材采用高速钢(牌号为


W6Mo5Cr4V2Al),试样尺寸为20mm×10mm×10mm,镀膜面尺寸为


20mm×10mm。镀膜前基材表面先经过研磨、抛光、超声清洗、干燥后,放入真


空室工件台上。本实施例中,靶材为钛铝(50at.%:50at.%)合金靶。抽真空至真


空室内真空度达到6×10-3Pa时,通氩气、气压控制在1.2Pa,调节弧斑约束电磁


线圈电流为3.6A,磁感应强度为500高斯,等离子体约束电磁线圈(随着与靶材


距离增加)电流分别为5.0A、4.5A、4.0A、3.5A,磁感应强度分别为800高斯、


700高斯、600高斯及500高斯,工件加脉冲负偏压-600V,对工件进行辉光清洗


10分钟;然后,调整Ar气流量,使真空室气压调整为0.5Pa,同时开启钛铝弧,


对样品继续进行钛、铝离子轰击6分钟;首先调整基体偏压为-400V范围,通氮


气、调整气压为0.4Pa;调节弧斑约束电磁线圈电流为0.5A,等离子体约束电磁


线圈电流分别为8.0A、7.0A、6.0A及5.0A,磁感应强度分别为1200高斯、1050


高斯、900高斯及750高斯,镀膜时间为60分钟。沉积结束后,迅速关闭基体偏


压,关闭钛铝弧电源开关,停止气体通入,继续抽真空至工件随炉冷却至80℃以


下,镀膜过程结束,打开真空室,取出工件。


本实施例可以在高速钢工件上沉积致密的Ti-Al-N薄膜,Ti-Al-N薄膜的厚度


为3.4μm,薄膜显微硬度达到32GPa,膜基结合强度为58N,工件镀膜后能显著


提高其耐磨和耐腐蚀性能。


实施例结果表明,本发明中的电弧离子镀装置设置有两套磁场发生装置,一


套置于靶材后面,另一套置于等离子体传输通道外侧,通过两...

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图1
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