[發明專利]一種HiPIMS雙靶共濺射制備WS2

在審

• 申請號: 202210706659.3
• 申請日: 2022-06-21
• 公開（公告）號: CN115287612A
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 張平;孫含影;應普友;吳建波;黃敏;楊濤;林長紅;弗拉基米爾.列夫琴科
• 申請（專利權）人: 臺州學院;臺州學院溫嶺研究院
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/54
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所(普通合伙) 42001
• 代理人: 董路

本發明公開了一種HiPIMS雙靶共濺射制備WS₂?Ti復合涂層的裝置和方法，該裝置包括真空腔體、樣品轉架、主脈沖電源、從脈沖電源、WS₂靶材、Ti靶材和時序控制器，樣品轉架設置于真空腔體內，WS₂靶材和Ti靶材分別固定于真空腔體，WS₂靶材和Ti靶材呈八字分布，WS₂靶材和Ti靶材分別正對樣品轉架；主脈沖電源與Ti靶材電連接，從脈沖電源與WS₂靶材電連接，時序控制器分別與主脈沖電源和從脈沖電源電連接，時序控制器控制主脈沖電源和從脈沖電源的脈沖時序。該裝置可控制兩套HiPIMS脈沖電源的脈沖時序，可以有效避免脈沖放電重疊，實現雙靶穩定工作，利用該裝置制備WS₂?Ti復合涂層，可以改善其耐摩擦磨損性能。

技術領域

本發明涉及金屬材料表面改性用固體潤滑涂層技術領域，具體涉及一種HiPIMS雙靶共濺射制備WS₂-Ti復合涂層的裝置和方法。

背景技術

作為具有層狀結構的過度金屬硫化物，WS₂具有優異的熱穩定性和抗氧化性，工作溫度范圍廣，是一種具有廣泛應用前景的固體潤滑材料。尤其是在一些特殊的應用情況下，比如壓強大、負荷大或者有輻射和腐蝕的環境情況下，它的性能表現尤為突出，非常適合作為新型潤滑材料。但磁控濺射制備的純WS₂涂層質地柔軟，在摩擦過程中容易失去潤滑性能。針對該缺陷，研究人員通過摻入TiO₂、ZnO等氧化物以及Ti、Cr、Ni、A、Zr、Cu、Ni-Co等元素來改善WS₂涂層的結構形貌及性能。研究表明，通過摻雜后，復合涂層結構更加致密，表面更加光潔，與基體結合力更強，復合涂層的硬度、抗摩擦磨損性能、抗氧化性能及耐濕度性能也得到提高。但WS₂-Ti復合涂層的綜合性能尚不能滿足大氣潮濕環境中的工程應用，其抗氧化性能有待進一步改善，耐磨性能有待進一步提高。

高能脈沖磁控濺射技術(HiPIMS)是一種可以產生高離化率的磁控濺射技術，兼顧了磁控濺射及多弧離子鍍的優點。其高離化率的特點可以實現高能沉積，可制備出致密度較高的優質薄膜，常用于高性能復合膜及涂層的開發及生產。特別是在刀具硬質涂層、固體潤滑涂層等領域，由于該方法所制備的涂層致密、表面光滑，備受關注。研究表明，采用HiPIMS技術可以提高過度金屬硫化物固體潤滑涂層的致密度及高溫抗氧化性能。因此，利用該技術，結合摻雜形成WS₂-Ti復合涂層將會進一步提高涂層綜合性能，以滿足大氣環境下的工程應用需求。采用雙靶共濺射是實現WS₂涂層摻雜的常用手段，利用該方法，通過摻雜金屬及氧化物可提高WS₂涂層的致密度及硬度，改善其抗摩擦磨損性能。此外，通過雙靶共濺射，還可實現對涂層成分及性能的調控。但是不同于其他磁控濺射技術，利用HiPIMS鍍膜時的瞬間能量很高。因此，在利用HiPIMS雙靶共濺射時，當出現雙靶脈沖放電重疊時，由于瞬間能量過高會導致偏壓電源超載，影響起輝穩定性，甚至導致不能正常起輝，限制了該技術在WS₂涂層摻雜研究中的應用。此外，受限于靶材制作技術，采用多元靶材及鑲嵌靶材對WS₂進行摻雜形成WS₂復合涂層，在涂層的均勻性、穩定性調控上均存在局限性，不利于該復合涂層的產業化應用研究。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的問題，本發明提供了一種HiPIMS雙靶共濺射制備WS₂-Ti復合涂層的裝置和方法，該裝置可控制兩套HiPIMS脈沖電源的脈沖時序，可以有效避免脈沖放電重疊，實現雙靶穩定工作，利用該裝置制備WS₂-Ti復合涂層，可以改善其耐摩擦磨損性能。

實現本發明上述目的所采用的技術方案為：