[發(fā)明專利]一種電弧離子鍍CN薄膜的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010522818.1
• 申請(qǐng)日: 2010-10-26
• 公開（公告）號(hào): CN101962747A
• 公開（公告）日: 2011-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬占吉;趙棟才;武生虎;肖更竭;任妮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航天科技集團(tuán)公司第五研究院第五一○研究所
• 主分類號(hào): C23C14/06
• 分類號(hào): C23C14/06;C23C14/46
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 張利萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電弧離子鍍CN薄膜的方法，屬于表面工程技術(shù)領(lǐng)域，特別是采用電弧離子鍍技術(shù)鍍CN薄膜的方法，可應(yīng)用于金屬工件表面鍍膜，提高精密工件的表面硬度、降低磨擦系數(shù)，提高工件的耐磨損性能，從而達(dá)到延長(zhǎng)工件使用壽命的目的。

背景技術(shù)

CN薄膜具有高的硬度、低摩擦系數(shù)，是優(yōu)良的耐磨損薄膜。采用反應(yīng)磁控濺射法和化學(xué)氣相沉積法制備CN薄膜的研究相對(duì)成熟，制備的CN薄膜中N含量可控，其硬度一般小于20GPa。

采用電弧離子鍍技術(shù)可以獲得硬度更高的CN薄膜，具有更優(yōu)異的耐磨損性能，薄膜中的N含量最高可達(dá)50％左右，CN薄膜的總厚度可以達(dá)到3μm。同時(shí)，由于電弧離子鍍技術(shù)本身的特點(diǎn)，采用電弧離子鍍技術(shù)制備CN薄膜可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜曲面工件的耐磨損處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是為了解決采用反應(yīng)磁控濺射法和化學(xué)氣相沉積法制備CN薄膜的硬度低的問題，提出一種電弧離子鍍CN薄膜的方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。

本發(fā)明的一種電弧離子鍍CN薄膜的方法，實(shí)現(xiàn)該方法的電弧離子鍍膜設(shè)備包括真空室并在真空室內(nèi)配置了石墨電弧源、離子源、偏壓電源和多通道供氣系統(tǒng)；是在石墨電弧源工作的過(guò)程中，通過(guò)離子源輔助引入N元素，從而制備了CN薄膜；通過(guò)調(diào)節(jié)N₂氣流量和石墨電弧源的工作頻率，可以改變CN薄膜中的N含量，獲得綜合性能優(yōu)異的耐磨損CN薄膜；CN薄膜為非晶態(tài)，薄膜厚度可以達(dá)到3μm；采用電弧離子鍍技術(shù)制備的CN薄膜可以應(yīng)用于復(fù)雜曲面精密工件表面的耐磨損處理；

其具體制備步驟為：

1)向真空室內(nèi)通入Ar氣，打開離子源，對(duì)工件表面進(jìn)行活化處理；

2)關(guān)閉離子源，斷開Ar氣，對(duì)工件加偏壓，打開Ti電弧源，鍍Ti過(guò)渡層；

3)關(guān)閉Ti電弧源，向真空室內(nèi)通入N₂和Ar混和氣體，打開離子源，同時(shí)打開石墨電弧源，鍍CN薄膜；

上述步驟1)中向真空室內(nèi)通入Ar氣，使真空度保持在7×10^-2Pa～3×10^-2Pa；離子源放電電壓設(shè)定為3kV～4kV，對(duì)工件表面進(jìn)行活化處理，處理時(shí)間為10min～30min；

上述步驟2)中對(duì)工件加100～300V的偏壓；打開Ti電弧源，調(diào)節(jié)放電電流為50～60A，鍍Ti過(guò)渡層，鍍膜時(shí)間為2～10min；

上述步驟3)中向真空室內(nèi)通入N₂和Ar混和氣體，使真空度穩(wěn)定在1×10^-1Pa～5×10^-1Pa；打開離子源，設(shè)定放電電壓為300V～600V；打開石墨電弧源，設(shè)定放電頻率為2Hz～10Hz，工作脈沖次數(shù)為1萬(wàn)～2萬(wàn)。

有益效果

本發(fā)明采用電弧離子鍍技術(shù)制備的CN薄膜硬度大于30GPa；CN薄膜中的N元素含量可控，易于實(shí)現(xiàn)CN薄膜性能優(yōu)化；采用電弧離子鍍技術(shù)可以在復(fù)雜曲面工件表面鍍CN薄膜。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1

1)離子束活化：向真空室內(nèi)通入Ar氣，使真空度保持在4×10^-2Pa；離子源放電電壓為3.8kV，對(duì)工件表面進(jìn)行活化處理，處理時(shí)間為15min；

2)鍍過(guò)渡層：對(duì)工件加100V的偏壓；打開Ti電弧源，調(diào)節(jié)放電流為50A，鍍Ti過(guò)渡層，鍍膜時(shí)間為5min；

3)鍍CN薄膜：向真空室內(nèi)通入N₂和Ar混和氣體，使真空度穩(wěn)定在1×10^-1Pa；打開離子源，設(shè)定放電電壓為300V；打開石墨電弧源，設(shè)定放電頻率為3Hz，工作脈沖次數(shù)為1萬(wàn)；最后得到薄膜總厚度約為1.5μm。

實(shí)施例2

1)離子束活化：向真空室內(nèi)通入Ar氣，使真空度保持在5×10^-2Pa；離子源放電電壓設(shè)定為3.4kV，對(duì)工件表面進(jìn)行活化處理，處理時(shí)間為20min；

2)鍍過(guò)渡層：對(duì)工件加300V的偏壓；打開Ti電弧源，調(diào)節(jié)放電流為55A，鍍Ti過(guò)渡層，鍍膜時(shí)間為4min；

3)鍍CN薄膜：向真空室內(nèi)通入N₂和Ar混和氣體，使真空度穩(wěn)定在5×10^-1Pa；打開離子源，設(shè)定放電電壓為500V；打開石墨電弧源，設(shè)定放電頻率為5Hz工作脈沖次數(shù)為2萬(wàn)；最后得到薄膜總厚度約為3.0μm。

實(shí)施例3