[發明專利]一種金屬碳化物鍍層的制備方法

有效

• 申請號: 201410047789.6
• 申請日: 2014-02-12
• 公開（公告）號: CN103820761A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 趙樹輝
• 申請（專利權）人: 西安金唐材料應用科技有限公司
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06
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• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種金屬碳化物鍍層的制備技術，屬于材料表面工程技術領域。

背景技術

金屬碳化物是指鎢、鈦、鉭、鉬、鋯、鉿、釩、鈮、鉻等金屬元素與碳形成的化合物。常用的金屬碳化物鍍層有碳化鈦、碳化鉻、碳化鎢等，金屬碳化物鍍層是一種高熔點、高硬度、耐磨性、耐熱性和耐蝕性都很好的鍍層材料。它具有較高的抗機械摩擦和抗磨料磨損性能，導熱性優良、化學穩定性優異，它的膨脹系數和硬質合金相近，因而與基體結合牢固，適于作硬質合金刀片的鍍層。

在各種工模具鍍層材料中，金屬碳化物鍍層因具有較好的綜合性能，且硬度比相應的氮化物更高而成為主要選擇之一。目前已被廣泛應用，例如，采用等離子體輔助化學氣相沉積法在490℃下，以TiCl₄/CH₄/H₂/Ar混合氣體作為氣源，在高速鋼表面沉積的TiC鍍層，采用真空陰極電弧離子鍍技術，輸入控制正壓二次降壓的C₂H₂+C₃H₈+Ar混合氣來獲得CrC鍍層。

目前，制備金屬碳化物鍍層的方法很多，比如：中、高溫化學氣相沉積，等離子增強化學氣相沉積，多弧離子鍍，離子束輔助沉積，脈沖高能量密度等離子體沉積，磁控濺射離子鍍等。這些制備方法中的碳源大多為氣體甲烷（CH₄）、乙炔（C₂H₂）、乙腈（CH₃CN）或它們的氣體混合物。即通過質量流量計來控制所制備金屬碳化物鍍層中的碳含量，由于用該方法制備的碳化物鍍層存在碳含量不能精確控制，鍍層具有高殘余應力，以及鍍層成分不穩定等問題，導致了所制備的金屬碳化物鍍層存在摩擦系數偏高（摩擦系數均大于0.6）而降低鍍層使用性能的缺點。而這些問題的解決，即在保證不降低鍍層硬度的前提下降低鍍層的摩擦系數，將可以大幅度提高金屬碳化物鍍層的綜合力學性能，延長其所涂鍍的刀具、鉆頭、模具等產品的使用壽命。

發明內容

本發明的目的在于提供一種金屬碳化物鍍層的制備方法。本發明采用石墨靶材為鍍層中碳的來源制備金屬碳化物鍍層，厚度均勻，具有高硬度和低摩擦系數等性能，且鍍層中碳的含量可精確控制。

我們知道，石墨也是碳存在的一種固體形式，可以做成磁控濺射設備的靶材，這樣就可以通過控制石墨靶材電流來調整碳的濺射速率，同時石墨材料還具有極低的摩擦系數，如果所制備鍍層中含有少量石墨單質，這無疑會對所制備鍍層的摩擦系數會有降低作用，因此本發明所提出的利用磁控濺射制備技術、采用石墨為靶材，通過工藝調整，保證鍍層中含有微量石墨單質，這無疑可獲得高硬度和低摩擦系數的金屬碳化物鍍層。

本發明提供的金屬碳化物鍍層的制備方法，具體制備過程如下：

步驟1、將試樣清洗干燥后放入多靶磁控濺射設備的真空室中，并將真空室抽真空到：（3-5）×10^-5?Pa；

步驟2、通入氬氣，流量為15-22?sccm，同時開啟純金屬靶和石墨靶，金屬靶電流為1-3?A，石墨靶電流為3-5?A；時間為0.5～2.0?h；鍍膜完成后，充氣，取出試樣。

本發明中的純金屬靶材的材料可以是鈦、鉻、鎢等金屬，相應得到的金屬碳化物分別為碳化鈦、碳化鉻、碳化鎢。

????本發明提供的金屬碳化物鍍層的制備方法，可以通過控制石墨靶材的電流來控制石墨的濺射率，進而可以精確控制所制備金屬碳化物鍍層中碳元素的含量。

本發明提供的金屬碳化物鍍層的制備方法，分別通過調整金屬靶材和石墨靶材的電流來控制其濺射率，并保持石墨靶材的濺射率略高于金屬靶材的濺射率，以保證最終獲得的鍍層中主要成分為金屬碳化物和少量的石墨單質。

本發明提供的金屬碳化物鍍層的制備方法所制備鍍層中金屬碳化物的體積百分含量大于95%，石墨單質的體積百分含量小于5%。

本發明所制備的金屬碳化物鍍層厚度為2μm～5μm，硬度為2000?HV～2800HV；摩擦系數為0.2~0.3?？勺鳛橛操|減摩鍍層沉積于精密工具、模具、刀具等表面后延長其使用壽命。