[發(fā)明專利]一種TiN/Ti/Si/Ti多層耐磨耐蝕薄膜材料及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310544722.9
• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN104630725A
• 公開（公告）日: 2015-05-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王德生;胡明;楊軍;劉維民;翁立軍;孫嘉奕;伏彥龍;高曉明;姜棟
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院蘭州化學(xué)物理研究所
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/16
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 方曉佳

1.一種TiN/Ti/Si/Ti多層耐磨耐蝕薄膜材料，其特征在于薄膜材料由Ti、Si和N三種元素構(gòu)成，薄膜呈現(xiàn)出共4層的多層結(jié)構(gòu)，從基體材料表面到多層薄膜表面，多層薄膜依次為Ti層、非晶Si層、致密Ti層和TiN層；所述的金屬基體材料選自碳鋼或合金鋼。

2.如權(quán)利要求1所述的材料，其特征在于薄膜材料，其中Ti層厚度為0.1～0.5μm，非晶Si層厚度為0.1～0.3μm，致密Ti層厚度為0.1～0.3μm，TiN層厚度為0.5～1μm；薄膜總厚度為0.8～2.1μm。

3.如權(quán)利要求1所述的一種TiN/Ti/Si/Ti多層耐磨耐蝕薄膜材料的制備方法，其特征在于材料通過磁控濺射方法在輝光等離子體環(huán)境中沉積制備，具體步驟為：

步驟一、靶材制備及安裝

1）Ti靶的制備：把Ti錠加工成Φ60～90mm，厚度為4～7mm的圓柱形靶；

2）多晶Si靶的制備：把Si物料直接模壓成Φ60～90mm，厚度為4～7mm的圓柱形靶；

3）將Ti靶和多晶Si靶分別安裝在磁控濺射鍍膜裝置靶座，并分別連接磁控濺射電源；

步驟二、安裝基體材料

將潔凈的準備鍍膜的金屬基體材料裝入鍍膜真空室，將基體材料鍍膜表面與Ti及Si靶材之間的靶距調(diào)整至60～100mm；

步驟三、離子轟擊處理

將鍍膜真空室抽真空至本底氣壓≤6×10^-3Pa，然后充入高純氬氣，氣壓至2.0～6.0Pa，離子轟擊功率0.2～1?W/cm²，離子轟擊處理時間為10～30min；

步驟四、濺射鍍膜

沉積Ti層：向真空室充入氬氣至氣壓為5×10^-1～2.0?Pa，對Ti靶通電，調(diào)節(jié)Ti靶電壓為250～400?V，電流1.2～1.5?A，基體材料偏壓-50～-200V，實施Ti底層沉積；

沉積非晶Si層：關(guān)閉Ti靶，維持氬氣氣壓至5×10^-1～2Pa，對Si靶通電，調(diào)節(jié)Si靶電壓為250～450?V，電流1.2~1.5?A，基體材料偏壓-50～-200V，實施非晶Si層沉積；

對非晶Si層氬離子轟擊處理：在非晶Si層沉積完成后，關(guān)閉Si靶，將基體材料偏壓提高至-500V～-1000V，將氬氣氣壓提高至2.0～6.0?Pa，對非晶Si層進行氬離子轟擊處理，轟擊時間為10～30min；

沉積致密Ti層：將氬氣氣壓重新調(diào)整至5×10^-1～2.0?Pa，基體材料偏壓調(diào)整至-50～-200V，對Ti靶通電，調(diào)節(jié)Ti靶電壓為250～400?V，電流1.2～1.5?A，實施致密Ti層沉積；

沉積TiN層：在致密Ti層沉積完成后，維持Ti靶電壓、電流、氬氣氣壓以及基體材料偏壓不變，并直接通入氮氣，至氣壓2.0～3.0Pa，沉積TiN層，TiN層沉積完成后，關(guān)閉Ti靶電源；

鍍膜結(jié)束后，鍍膜基體材料在鍍膜真空室內(nèi)自然冷卻至室溫，得到TiN/Ti/Si/Ti多層耐磨耐蝕薄膜材料。

4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于金屬基體材料選自碳鋼或合金鋼。

5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于金屬Ti純度大于99?wt?%。

6.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于Si純度大于99?wt?%。

7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于工作氮氣純度大于99.9?wt?%。

8.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于工作氬氣純度大于99.9?wt?%。