一种利用磁控溅射法在铝合金表面制备TiN或CrN薄膜的方法

摘要

一种利用磁控溅射法在铝合金表面制备TiN或CrN薄膜的方法。本发明涉及利用等离子体增强平衡磁控溅射装置，使用Ti、Cr金属靶，在铝合金表面分别制备含Ti和Cr原子过渡层的TiN和CrN薄膜。此方法不仅保证了铝合金基体的自身强度，同时也提高了铝合金表面的硬度及耐蚀性，并且薄膜与基体结合力良好，可以为铝合金表面改性工艺提供重要的参考依据。

主权项

一种利用磁控溅射法在铝合金表面制备TiN或CrN膜的方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）.裁剪镀膜前样品：按所需规格裁剪铝合金基体；（2）.溅射前预处理：镀膜前样品进行清洗，分为外部清洗和内部清洗两个步骤；1)外部清洗具体步骤为：将铝合金基体置入无水乙醇中，用超声波清洗15～20分钟，再将铝合金基体置入去离子水中，用超声波清洗20～25分钟，最后取出铝合金基体，迅速吹干；2)内部清洗具体步骤为：将铝合金基体挂入等离子体增强平衡磁控溅射设备腔体中，腔体抽真空后，先对铝合金基体进行预热10～15分钟，之后向真空室内通入氩气，氩气流量为大于200sccm，腔体压强控制在0.5～1.0Pa，控制钨灯丝电流为10～30A并加50～150V的脉冲偏压，脉冲电源功率为100～300W、频率为60KHz，产生增强等离子体，对工件进行等离子体清洗，清洗时间控制在20～25分钟左右；（3）.在等离子体增强平衡磁控溅射设备真空室内四壁分别设矩形金属靶，金属靶材为Ti或Cr；（4）.镀薄膜：1)镀TiN薄膜具体步骤如下：①铝合金基体经清洗后，降低氩气流量至150～180sccm，调节腔体压强为0.2～1.0Pa，开启磁控靶电源，在2～4A靶电流下预热靶材10～15分钟；②预热后调整靶电流至4～6A，对靶材进行20～25分钟预溅射；③预溅射后调节靶功率为1～5KW，频率为60KHz，镀膜1～10分钟，在铝合金基体表面沉积Ti原子，形成一层Ti原子过渡层；④开启氮气流量至5～15sccm，继续镀膜15～60分钟；⑤调整氩气和氮气流量，使氩气流量/氮气流量(F_Ar/F_N2)为1～5，靶电流为4～6A,腔体压强为0.4～0.6Pa，基体偏压为‑80～‑100V，继续镀膜4～9小时，铝合金基体表面沉积出TiN薄膜；2)镀CrN薄膜具体步骤如下：①铝合金基体经清洗后，降低氩气流量至150～180sccm，调节腔体压强为0.2～1.0Pa，开启磁控靶电源，在2～4A靶电流下预热靶材10～15分钟；②预热后调整靶电流至4～6A，对靶材进行20～25分钟预溅射；③预溅射后调节靶功率为1～5KW，频率为60KHz，镀膜1～10分钟，在铝合金基体表面沉积Cr原子，形成一层Cr原子过渡层；④开启氮气流量至5～15sccm，继续镀膜15～60分钟；⑤调整氩气和氮气流量，使氩气流量/氮气流量(F_Ar/F_N2)为0.5～1.5，靶电流为4～5A,腔体压强为0.4～0.6Pa，基体偏压为‑80～‑100V，继续镀膜4～9小时，铝合金基体表面沉积出CrN薄膜。