耐磨损和抗氧化TiAlSiCN薄膜的制备方法

摘要

本发明公开了一种耐磨损和抗氧化TiAlSiCN薄膜的制备方法，该方法将基体预处理后放入电弧增强磁控溅射镀膜设备中，以柱弧Ti靶作为Ti源，通过柱弧电源电流控制柱弧Ti靶的溅射率；以平面Si靶、Al靶和C靶作为相应元素的来源，平面Si靶、Al靶和C靶以对靶的方式安置在炉体内壁上，通过调整中频脉冲电源的功率控制靶的溅射率；采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与Ti、Si、Al、C元素结合，在基体表面沉积形成TiAlSiCN薄膜，该方法制备的新型TiAlSiCN多元薄膜材料，薄膜硬度达到40GPa以上，摩擦系数为0.2，有望从根本上解决刀具的长寿命和模具的高效率，以及加工无污染的难题。

主权项

一种耐磨损和抗氧化TiAlSiCN薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：1)将基体试样预处理后放入电弧增强磁控溅射镀膜设备中的转架杆上，该转架杆随转架台转动，或者自转，以避免薄膜只能单面镀以及镀膜不均，保证镀膜过程的均匀性；2)以柱弧Ti靶作为Ti源，通过调整柱弧电源电流控制柱弧Ti靶的溅射率；以平面Si靶、Al靶和C靶作为相应元素的来源，平面Si靶、Al靶和C靶以对靶的方式安置在炉体内壁上，通过调整中频脉冲电源的功率控制靶的溅射率；采用高纯Ar作为主要离化气体，保证有效的辉光放电过程；采用高纯N2作为反应气体，使其离化并与Ti、Si、Al、C元素结合，在基体表面沉积形成TiAlSiCN薄膜：3)制备工艺条件：镀膜前，通入10ml/min的Ar到炉内真空室，当真空室气压达到6Pa并保持气压稳定于6Pa时，开偏压至-1000V对真空室进行轰击清洗，持续20min；然后开柱弧Ti靶，柱弧电流60A，利用电弧进一步对真空室轰击清洗，持续5min；真空室清洗完成后，调节Ar流量到22ml/min，将真空室气压调至0.3Pa，开启柱弧Ti靶，柱弧电流为60A，调整偏压到-500V，然后通入流量为10ml/min的N2，在基体表面镀制一层TiN过渡层，持续5min；随后将偏压调整为-100V，Ar流量22ml/min维持不变，N2流量调整为40ml/min，柱弧Ti靶电流保持60A，打开Si靶、Al靶和C靶的控制电源，逐渐将Si靶、Al靶和C靶的电源功率分别调至1.8kW、15kW和15kW，保持真空室气压0.3Pa不变，在TiN过渡层上进行TiAlSiCN薄膜制备，镀膜过程中真空室温度为200℃，镀膜时间240min，即可在基体表面上获得五元成 分的TiAlSiCN薄膜。