CN101386976A - 一种在镁合金表面磁控溅射TiN薄膜的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在镁合金表面磁控溅射TiN薄膜的工艺，所述工艺包括溅射前处理、安装基片和溅射成膜过程。与现有技术相比，本发明通过磁控溅射工艺实现了在镁合金表面制备TiN薄膜的目的，通过所摸索的工艺条件可制得厚度为0.2～6μm的TiN薄膜，且所获得的薄膜纯度高、致密性好，与基体结合力良好，膜厚可控制、可以在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜；处理后的镁合金中性盐雾腐蚀不低于24小时，耐磨性优良。
Description
技术领域
本发明是涉及一种磁控溅射工艺，具体地说，是涉及一种在镁合金表面磁控溅射TiN薄膜的工艺，属于镁合金表面处理技术领域。
背景技术
镁合金是目前最轻的结构材料之一，被称为“21世纪的绿色工程材料”，具有高的比强度、比刚度及良好的导电性、导热性、电磁屏蔽性等特点，近年来在航空航天、汽车和3C产品等领域使用量以每年超过20％的速度迅速发展。但镁合金的电极电位较负，是一种很容易遭受腐蚀的金属，其天然氧化膜不致密，除了在干燥的空气中和强碱中具有良好的耐蚀性外，在潮湿空气中、酸性溶液中，尤其是在含氯化物的气氛或溶液中，镁合金都会产生严重的腐蚀，不能满足使用环境的需要，耐蚀性差成为镁合金推广应用的主要障碍。
TiN薄膜具有良好的化学惰性、高硬度和优良的耐磨性等优点，在镁合金表面制备一层TiN薄膜，可提高镁合金的耐蚀性、高硬度和耐磨性。目前在镁合金表面制备TiN薄膜层的主要手段为离子镀和化学气相沉积。离子镀是在真空条件下，利用气体放电或被蒸发物质部分离化，在气体离子或被蒸发的物质离子轰击的同时把蒸发物或反应物沉积在工件表面，这种技术的主要缺点是经常有一些大的金属溶滴从靶材沉积到被镀工件表面上去，影响薄膜质量；化学气相沉积法是气态反应物在衬底表面发生化学反应而沉积成膜的工艺，该工艺需要高温条件，造成基片温度高，影响基材强度。
磁控溅射沉积是指具有足够高能量的粒子轰击靶材表面，使靶材中的原子通过碰撞获得足够的能量，从而从表面发射出来，再通过施加磁场而改变高能量粒子的运动方向，并束缚和延长粒子的运动轨迹，进而提高粒子对工作气体的电离效率和溅射沉积率。磁控溅射技术现在已经成为工业镀膜生产中最主要的技术之一，特别适合于大面积镀膜的生产，其最突出的优点是膜与基片的附着力更强，还具有成膜速率高、均匀性好等优点，但目前未见关于在镁合金表面磁控溅射TiN薄膜的工艺报道。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种在镁合金表面磁控溅射TiN薄膜的工艺，以克服现有技术所存在的缺陷和满足市场的需求。
为实现上述发明目的，本发明的在镁合金表面磁控溅射TiN薄膜的工艺，具体步骤如下：
步骤A、溅射前处理
先将镁合金基片清洗，打磨，抛光，然后在无水乙醇中超声清洗15分钟，冷风干燥，备用；
步骤B、安装基片
将抛光好的镁合金基片安装于磁控溅射设备真空室内试样台上，确保固定，以防脱落；
步骤C、溅射成膜
(1)将金属Ti靶置于直流阴极上；
(2)关闭真空室，先用机械泵抽真空至2Pa，然后用分子泵抽真空至3～5×10-4Pa；
(3)到达3～5×10-4Pa真空度后，通入Ar气和N2气的混合气体，其中Ar气分压为0.4～1.6Pa，N2气分压为0.03～0.8Pa；
(4)转动试样台，使基片对应于Ti靶；
(5)在25～300℃、30～150W功率、0.2～0.4KV电压、0.1～0.75A电流下进行反应磁控溅射，控制溅射时间20min～4hr；
(6)溅射完毕后即得到TiN薄膜。
与现有技术相比，本发明通过磁控溅射工艺实现了在镁合金表面制备TiN薄膜的目的，通过所摸索的工艺条件可制得厚度为0.2～6μm的TiN薄膜，且所获得的薄膜纯度高、致密性好，与基体结合力良好，膜厚可控制、可以在大面积基片上获得厚度均匀的薄膜；处理后的镁合金中性盐雾腐蚀不低于24小时，耐磨性优良。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细、完整地说明：
实施例1
步骤A、溅射前处理
将25mm×25mm×3mm的AZ91镁合金基片先用金相砂纸逐级打磨至W04(04)，然后抛光，抛光后在无水乙醇中超声清洗15min，冷风干燥，备用；
步骤B、安装基片
将纯度为99.99％，厚度为3.8mm，直径为Φ60的Ti靶安装于磁控溅射设备真空室中的直流阴极靶位，然后将镁合金试片安装于试样台，注意压紧，以防脱落；
步骤C、溅射成膜
(1)将金属Ti靶置于直流阴极上；
(2)关闭真空室，先用机械泵抽真空至2Pa，然后用分子泵抽真空至3×10-4Pa；
(3)到达3×10-4Pa真空度后，通入Ar气和N2气的混合气体，其中Ar气分压为0.4Pa，N2气分压为0.03Pa；
(4)转动试样台，使基片对应于Ti靶；
(5)在25℃、30W功率、0.2KV电压、0.15A电流下进行反应磁控溅射，控制溅射时间20min；
(6)溅射完毕后即得到TiN薄膜，薄膜厚度约为0.2μm。
所得薄膜外观为淡黄色，与基体结合力良好；处理后的镁合金中性盐雾腐蚀不低于24小时，耐磨性优良。
实施例2
步骤A、溅射前处理
同实施例1所述。
步骤B、安装基片
同实施例1所述。
步骤C、溅射成膜
(1)将金属Ti靶置于直流阴极上；
(2)关闭真空室，先用机械泵抽真空至2Pa，然后用分子泵抽真空至4×10-4Pa；
(3)到达4×10-4Pa真空度后，通入Ar气和N2气的混合气体，其中Ar气分压为1.0Pa，N2气分压为0.08Pa；
(4)转动试样台，使基片对应于Ti靶；
(5)在150℃、90W功率、0.25KV电压、0.36A电流下进行反应磁控溅射，控制溅射时间为2hr；
(6)溅射完毕后即得到TiN薄膜，薄膜厚度约为3μm。
所得薄膜外观为淡黄色，与基体结合力良好；处理后的镁合金中性盐雾腐蚀不低于24小时，耐磨性优良。
实施例3
步骤A、溅射前处理
同实施例1所述。
步骤B、安装基片
同实施例1所述。
步骤C、溅射成膜
(1)将金属Ti靶置于直流阴极上；
(2)关闭真空室，先用机械泵抽真空至2Pa，然后用分子泵抽真空至5×10-4Pa；
(3)到达5×10-4Pa真空度后，通入Ar气和N2气的混合气体，其中Ar气分压为1.6Pa，N2气分压为0.8Pa；
(4)转动试样台，使基片对应于Ti靶；
(5)在300℃、150W功率、0.28KV电压、0.54A电流下进行反应磁控溅射，控制溅射时间为4hr；
(6)溅射完毕后即得到TiN薄膜，薄膜厚度约为6μm。
所得薄膜外观为淡黄色，与基体结合力良好；处理后的镁合金中性盐雾腐蚀不低于24小时，耐磨性优良。
Claims (1)
1.一种在镁合金表面磁控溅射TiN薄膜的工艺，其特征在于，具体步骤如下:
步骤A、溅射前处理
先将镁合金基片清洗，打磨，抛光，然后在无水乙醇中超声清洗15分钟，冷风干燥，备用；
步骤B、安装基片
将抛光好的镁合金基片安装于磁控溅射设备真空室内试样台上，确保固定，以防脱落；
步骤C、溅射成膜
(1)将金属Ti靶置于直流阴极上；
(2)关闭真空室，先用机械泵抽真空至2Pa，然后用分子泵抽真空至3～5×10-4Pa；
(3)到达3～5×10-4Pa真空度后，通入Ar气和N2气的混合气体，其中Ar气分压为0.4～1.6Pa，N2气分压为0.03～0.8Pa；
(4)转动试样台，使基片对应于Ti靶；
(5)在25～300℃、30～150W功率、0.2～0.4KV电压、0.1～0.75A电流下进行反应磁控溅射，控制溅射时间20min～4hr；
(6)溅射完毕后即得到TiN薄膜。
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2008
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