[發明專利]鋁合金表面原位生長TiAlN薄膜裝置及工藝

無效

• 申請號: 201110179088.4
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102242346A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發明（設計）人: 張高會;張澤棟;李紅衛;李根;鄭順奇;喬憲武;余森江;周云
• 申請（專利權）人: 中國計量學院
• 主分類號: C23C14/48
• 分類號: C23C14/48;C23C14/35;C23C14/16
• 代理公司: 杭州賽科專利代理事務所 33230
• 代理人: 陳輝

技術領域

本發明鋁合金表面原位生長TiAlN薄膜裝置及工藝屬于金屬材料等離子表面改性及離子轟擊化學熱處理技術領域。?

背景技術

現有金屬材料表面改性方法有很多，諸如磁控濺射、離子濺射等，但各種技術都有其不足之處，比如磁控濺射結合力不好，離子注入速度慢，有直射性等。?

鋁及鋁合金密度較小，強度高，導電、導熱性優良，塑性和成型性很好，無低溫脆性，易加工。目前，鋁及鋁合金材料已廣泛地應用于建筑、航空、軍事、汽車、航海、醫療等領域中。然而，鋁的耐磨性差，腐蝕電位較負，腐蝕比較嚴重。?

作為傳統的表面處理方法電鍍也用在了鋁合金的表面處理上，鋁合金的電鍍一般是為了改善裝飾性、提高表面硬度和耐磨性、降低摩擦因數改善潤滑性、提高表面導電性和反光率。但電鍍技術污染嚴重，工作環境惡劣的缺點又限制了該技術的應用。?

氧化處理目前仍然是鋁合金表面處理的主要方法，一是硬質陽極氧化，另一種是復合陽極氧化。但陽極氧化離不開電解液等有毒害物品。熱噴涂應用于鋁合金表面處理也獲得了一定的成功，但熱噴涂工作環境差的缺點對鋁合金的表面處理也是不利的。?

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隨著現代化工業的高速發展，特別是航空航天、汽車、建筑等領域的飛速發展，鋁合金在各行各業中的應用將更加廣泛,一些特殊條件、極端條件的特殊性要求，使得對鋁合金的表面處理有更高的要求，迫使人們對鋁合金的性能研究越來越高。一些成本低、污染少、多元素、多層次的表面復合技術必將成為未來發展的主要方向，比如集離子注入、離子輔助、磁控濺射與一體的表面改性技術的應用，各種性能特點的鋁膜的應用也將越來越廣。

國內外學者對鋁合金的表面強化的研究十分重視，其中鈦及鈦合金的表面形成TiAlN強化薄膜就是研究的課題之一。?

發明內容

本發明鋁合金表面原位生長TiAlN薄膜裝置及工藝目的在于，是利用磁控濺射原理及離子注入效應，為鋁合金表面改性提供一種新裝置及新工藝。從而實現鋁合金表面改性。?

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：?

一種鋁合金表面原位生長TiAlN薄膜裝置，該裝置是在真空度可以達到1×10^-3～5×10^-4Pa并能充入氣體介質的真空室上，設有離子注入源；磁控濺射靶；真空系統；供氣系統；離子注入控制電源；磁控濺射控制電源；旋轉工件支架；以及一些輔助觀察窗和測溫儀，磁控濺射靶與磁控濺射控制電源連接，離子注入源與離子注入控制電源連接，真空系統、供氣系統分別與裝置的真空室內空間連接，離子注入源、磁控濺射靶、旋轉工件支架都固定在真空室內。

上述鋁合金表面原位生長TiAlN薄膜裝置進行復合濺射成膜工藝，其特征在于：?

1）、首先由抽氣系統的機械泵、分子泵將真空室抽至真空度為1×10^-3Pa~2×10^-4Pa，

2）清洗槍通入氬氣至8.4×10^－3?Pa，加壓到400伏，束流80毫安對基片進行離子清洗10分鐘；

3）而后由供氣系統4充入惰性氣體氬氣至氣壓到10^－1～10^-2?Pa左右，接通濺射電源（功率150W左右），偏壓200伏，產生鋁粒子流對基片（7）進行磁控濺射，約5分鐘；在負偏壓的吸引下轟擊基片（7）表面；

4）在離子注入腔內通入氮氣，至氣壓10^-3～10^－2?Pa，加壓到3萬伏，對已經沉積鋁的基片進行離子注氮，依靠N離子能量對已經沉積鋁的基片轟擊，在基片表面將Ti、Al、N三種元素混熔，形成TiAlN薄膜；?

本發明的ＴｉＡｌＮ薄膜成分多元化，可以改善鋁合金表面應力分布，所得產品致密均勻、顯微硬度大，結合強度高，滿足鋁合金表面強化的需求。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖。?

具體實施方式

下面結合附圖進一步說明：?