[其他]高能級磁控濺射離子鍍技術

在審

• 申請號: 101985000002600
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85102600B
• 公開（公告）日: 1988-02-03
• 發明（設計）人: 陳寶清;朱英臣;王玉魁;王斐杰
• 申請（專利權）人: 大連工學院
• 代理公司: 大連工學院專利事務所
• 代理人: 修德金

高能級磁控濺射離子鍍技術是在具有一個工件負高壓電源的磁控濺射離子鍍裝置中實現的。該離子鍍工藝使鍍膜有一個靶材（膜材）元素和基材元素共存的過渡層；鍍膜中能出現靶材元素和基材元素組成的化合物相和固溶體相；多輝光高能級磁控濺射離子鍍技術，進一步擴展了鍍膜過渡層，并能沉積多層次鍍膜、多元素鍍膜以及反應鍍膜。上述技術可以滿足對表面的不同性能的要求。該項技術還具有節約能源，無公害等優點。

本發明屬于物理氣相沉積。

在已有技術中，離子鍍是在真空條件下使鍍膜材料蒸發為金屬蒸汽，在蒸發源和工件間加一直流電壓（工件為陰極），使工件與蒸發源之間產生輝光放電，金屬蒸氣原子在輝光放電電場中被電離為金屬正離子（Me⁺），該金屬正離子在電場作用下高速飛向工件表面，并在工件表面上沉積而形成膜。由于真空潔凈作用，離子清洗及高能粒子的注入和濺射作用，使得離子鍍的鍍膜與基體的附著力和致密度都遠優于一般真空鍍膜（真空蒸鍍膜與真空濺射膜）和電鍍膜。但上述離子鍍技術所采用的蒸發源為點狀熱蒸發源和一般真空濺射源。前一種離子鍍技術不易實現長時間穩定均恒的蒸發，在鍍制大面積零件時，不能保證鍍膜均勻一致。而后一種離子鍍技術成膜速度很慢。

磁控濺射是利用真空輝光放電時陰極濺射效應使固態金屬材料變成氣態金屬原子的，為了提高濺射效率在陰極附近放置一個與電場呈正交的強磁場，以控制自由電子的運動軌跡，提高電離幾率和濺射效率。用磁控濺射作為蒸發源，其蒸發速度穩定均恒，鍍膜沉積速度快，鍍覆面積大，可應用于大量生產。但現有的磁控濺射鍍膜機均不加工件負高壓電源，因此，在金屬工件上鍍膜時附著力差，會產生脫落現象。

本發明把磁控濺射技術和離子鍍技術結合起來，提出了適合于磁控濺射條件下工作的負高壓電源，提出了鍍膜的最佳工藝參數。本發明把這種用磁控濺射作為蒸發源進行負高壓離子鍍的技術叫做高能級磁控濺射離子鍍。

高能級磁控濺射離子鍍工藝，包括磁控濺射技術、離子鍍技術以及一個多輝光系統（附圖3中的〔8〕、〔11〕、〔12〕），本發明的特征在于把磁控濺射技術和離子鍍技術結合起來，利用一個適合于磁控濺射條件下工作的作為工件負高壓直流電源的離子鍍供電裝置〔9〕，實現了在鋼鐵基工件上鍍金屬，如鍍鋁、鍍鉻、鍍鎳、鍍鈦、鍍鋅、鍍銅、鍍釩、鍍鉬、鍍鎢、鍍鈮、鍍鋯和鍍不銹鋼，在有色金屬基工件上鍍金屬，如鍍鈦、鍍鋁，在鎳基工件上鍍不銹鋼，以及在金屬基工件上鍍氮化物、碳化物、氧化物、硫化物和鍍多元素鍍膜。這種離子鍍工藝使金屬材料的磁控濺射離子鍍金屬膜有一個厚達幾個微米到幾十個微米的靶材元素和基材元素共存的過渡層，鍍膜中能出現靶材元素和基材元素所組成的化合物相和固溶體相。基材和靶材選用范圍廣泛。

附圖1是磁控濺射裝置示意圖。它是由真空容器〔1〕，永久磁鐵〔2〕，陽極〔3〕，濺射靶〔4〕，濺射電源〔5〕，真空抽氣系統〔6〕，氬氣充氣系統〔7〕，和基板（工件）〔8〕八個主要部分組成。工作時，真空容器〔1〕由真空抽氣系統〔6〕抽真空，真空度達到1.33×10^-3帕斯卡時，由氬氣充氣系統〔7〕通入氬氣，真空容器〔1〕內真空度為2.67×10^-1帕斯卡，啟動濺射電源〔5〕，調節電壓到600伏時，陽極〔3〕和濺射鈀〔4〕之間產生低壓氣體輝光放電，氬氣被電離，氬離子（Ar⁺）在電場作用下射向靶表面，把靶材原子（或原子團）濺射出來，沉積在工件〔8〕上。