一种制备TiAlCrN多元涂层的装置和方法

摘要

本发明专利涉及TiAlCrN多元涂层，特指一种封闭场非平衡磁溅射法制备TiAlCrN多元涂层的装置和利用装置制备涂层的方法，其装置的独特之处在于包含四个磁控管，使磁力线可以从一个磁控管直接延伸到另一个磁控管，形成封闭的磁阱，可以有效阻止电子逃逸，从而提高溅射效率和离化率。

主权项

利用一种制备TiAlCrN多元涂层的装置制备TiAlCrN多元涂层的的方法，其特征在于包括如下步骤：(1)利用强磁铁和软铁组成非平衡磁场，选用纯度为99.99％的Ti靶、Al靶和Cr靶作为溅射靶材，规格为100×100mm，试样经80号～1200号砂纸和金相砂纸打磨，粒度为2.5的金刚石抛光剂抛光至镜面，再先后放入丙酮和酒精溶液超声波清洗10min，除去基体表面杂质和油脂；Cr靶和Cr靶、Ti靶和Al各自相对安装在真空室炉壁上，试样安放在样品架上，在镀层沉积过程中试样随工件架旋转，设定工件架旋转速度为20r/min，以使镀层均匀；(2)利用两级真空系统：前级采用机械泵粗抽,后级采用扩散泵精抽将系统的极限真空度为抽至5×10^‑3Pa；采用真空室内置碘钨灯装置进行加热，衬底温度控制在200℃，同时纯度99.99％Ar气体通过流量计引入溅射室，溅射气压可通过调节流量来控制，保持溅射气压0.5Pa，对试样进行辉光放电10min；各溅射靶的脉冲电源选择25kHz，0～3A可调的电源，溅射靶材施加50‑500V的电压，溅射电源提供；溅射炉体内额定电压为100V～600V，额定功率为50kW，脉冲偏压提供；(3)磁控管对称分布，这使磁力线从一个磁控管直接延伸到另一个磁控管，以便产生闭合磁场，有效阻止电子逃逸，提高溅射效率和离化率；(4)靶材表面的原子被Ar离子轰击出来形成溅射，原子呈电中性，直接冲出磁势阱，不受磁场的约束，这些原子轰击并沉积在工件表面形成致密的镀层；(5)靶材表面溅射出电子，电子是呈电负性的亚原子微粒，会被磁势阱俘获，在磁势阱内被回旋加速，继而轰击这一区域的Ar原子，使电离出越来越多的Ar离子，溅射过程开始，就会产生越来越多的Ar离子，使辉光放电得以自持，溅射过程持续不断；(6)大量高能粒子的轰击会导致靶材和磁控管的温度升高，靶材中加入了冷却水槽，使靶材冷却时得到循环冷却。