CN104372303A - 一种多弧离子镀设备的电弧靶的位置结构 - Google Patents

一种多弧离子镀设备的电弧靶的位置结构 Download PDF

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Abstract

一种多弧离子镀设备的电弧靶的位置结构，涉及离子镀膜设备技术领域。本发明包括真空腔体，在真空腔体的中心设置工件架，在工件架四周、于真空腔体每侧的壁面上分别依次间隔设置第一电弧靶和第二电弧靶；第一电弧靶包括若干个由上至下均布的单一金属靶材；第二电弧靶包括若干个由上至下均布的多元元素靶材；每相邻的第一电弧靶与第二电弧靶上的单一金属靶材和多元元素靶材之间分别呈螺旋布置；全数的单一金属靶材和全数的多元元素靶材在高度方向上由上至下分别间隔布置且之间距离相等。本发明同一炉次制备出多层结构的PVD硬质镀层，且制备出的PVD镀层的元素含量基本一致，厚度均匀性和镀层成分均匀性得到了保障。

Description

一种多弧离子镀设备的电弧靶的位置结构
技术领域
本发明涉及离子镀膜设备技术领域。
背景技术
最新一代的活塞环镀层是按物理气相沉积法（PVD）电弧离子镀制造的。电弧离子镀技术，由于具有设备结构较简单，阴极电弧靶既是阴极材料的蒸发源，又是离子源；离化率高，沉积速率高；入射离子能量大，膜/基结合力高，涂层质量好等优点，在活塞环行业上已获得愈来愈广泛的应用。为了提高活塞系统的效率和寿命，高硬度耐磨减摩涂层逐渐被广泛采用，要求在单一高硬度耐磨镀层的基础上，通过添加合适的多元元素，降低镀层的摩擦系数，同时提高耐磨性能，降低镀层应力，提高镀层的结合力，增加镀层的沉积厚度。
为了实现制备这一复合成分的PVD硬质镀层，现行镀膜设备普遍采用的阴极弧源系统是各个圆形阴极弧源在高度方向上均匀分布，且相邻壁面电弧靶呈现对称分布。虽然按此结构镀膜设备，在不同的弧源位置安置不同材料成分的靶材，也能制备出多元复合镀层，但因为在电弧靶位置布局设计上的限制，其在涂层成分均匀性方面均不能达到理想状态，比如：其制备的涂层要么是只能保持一种成分，无法制备多层不同元素成分的涂层，要么就是其涂层成分含量不均匀，不同位置的涂层其各元素成分含量具有较大的散差，无法保证涂层具有一致的性能特征。
发明内容
本发明目的在于针对以上问题，提供一种既可以制备多层多元复合硬质PVD镀层，又能保证镀层成分含量均匀的多弧离子镀设备的电弧靶的位置结构。
本发明包括真空腔体，在真空腔体的中心设置工件架，在工件架四周、于真空腔体每侧的壁面上分别依次间隔设置第一电弧靶和第二电弧靶；所述第一电弧靶包括若干个由上至下均布的单一金属靶材；所述第二电弧靶包括若干个由上至下均布的多元元素靶材；每相邻的第一电弧靶与第二电弧靶上的单一金属靶材和多元元素靶材之间分别呈螺旋布置；全数的单一金属靶材和全数的多元元素靶材在高度方向上由上至下分别间隔布置且之间距离相等。
本发明所述的多弧离子镀设备的电弧靶位置布局，可实现达到以下有益的技术效果：
（1）采用本发明所述的电弧靶位置布局的多弧离子镀设备，镀膜过程中一定真空度条件下通入N2，单独点燃其中的单一元素Cr靶材，可制备出CrN镀层；CrN镀层结束后，再同时点燃单一元素Cr靶材和多元元素靶材CrMe，则可制备在CrN镀层基础上制备多元复合Cr（Me）N镀层，实现同一炉次制备出多层结构的PVD硬质镀层；
（2）采用本发明所述的电弧靶位置布局的多弧离子镀设备，其单一金属靶材与多元元素靶材在高度方向间隔分布，所有电弧靶在高度方向上又保持均匀分布。这样的电弧靶位置布局，保证了单一元素靶材和多元元素靶材在高度方向上均呈现均匀分布，由此制备出的PVD镀层的元素含量基本一致，厚度均匀性和镀层成分均匀性得到了保障。
    本发明所述第一电弧靶和第二电弧靶的总数为3~6组。
    本发明所述单一金属靶材的个数为2~4个。
    本发明所述多元元素靶材的个数为2~4个。
    本发明所述单一金属靶材为Cr。
本发明所述多元元素靶材为CrAl、CrMo、CrW、CrB、CrSi或CrTi。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为第一电弧靶和第二电弧靶的正面布局图。
具体实施方式
如图1、2所示，包括真空腔体1，在真空腔体1的中心设置工件架2，在工件架2四周、于真空腔体1每侧的壁面上分别依次间隔设置第一电弧靶3、第二电弧靶4、第三电弧靶5、第四电弧靶6；所述第一电弧靶3包括三个Cr靶材7；所述第二电弧靶4包括三个CrAl靶材8；所述第三电弧靶5包括两个Cr靶材7；所述第四电弧靶6包括两个CrAl靶材8；第一电弧靶3、第二电弧靶4、第三电弧靶5、第四电弧靶6上的各靶材间距相等。
第一电弧靶3和第二电弧靶4、第二电弧靶4和第三电弧靶5、第三电弧靶5和第四电弧靶6、第四电弧靶6和第一电弧靶3上的Cr靶材7和CrAl靶材8之间分别呈螺旋布置；全数的Cr靶材7和CrAl靶材8在高度方向上由上至下分别间隔布置且之间距离相等。
当在N2气氛制备PVD镀层，仅开启点燃第一电弧靶3和第三电弧靶5，则所镀镀层为CrN；同时，第一电弧靶3和第三电弧靶5的五个Cr靶材7在高度方向上呈现均匀分布，保证了欲镀工件所镀CrN镀层的厚度均匀性。
当CrN镀层厚度达到工艺预期后，再开启点燃第二电弧靶4和第四电弧靶6，四组电弧靶同时工作，则所镀镀层为CrAlN镀层；同时，第二电弧靶4和第四电弧靶6的五只多元元素CrAl靶材8，以及所有靶材在高度方向上呈现均匀分布，保证了欲镀工件所镀镀层CrAlN的厚度均匀性，考虑到配置Cr靶材7的电弧靶和配置CrAl靶材8的电弧靶之间间隔分布，同时也保证了CrAlN镀层中Al元素含量的均匀分布。由此，实现了制备多层多元镀层的工艺方案，且保证厚度均匀性、成分均匀性良好。
当然，以上图示仅为本发明的较佳实施例，并非以此限定本发明的实施范围，故，凡是依照本发明之原理做等效变化或修饰，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种多弧离子镀设备的电弧靶的位置结构，其特征在于：包括真空腔体，在真空腔体的中心设置工件架，在工件架四周、于真空腔体每侧的壁面上分别依次间隔设置第一电弧靶和第二电弧靶；所述第一电弧靶包括若干个由上至下均布的单一金属靶材；所述第二电弧靶包括若干个由上至下均布的多元元素靶材；每相邻的第一电弧靶与第二电弧靶上的单一金属靶材和多元元素靶材之间分别呈螺旋布置；全数的单一金属靶材和全数的多元元素靶材在高度方向上由上至下分别间隔布置且之间距离相等。
2.根据权利要求1所述的一种多弧离子镀设备的电弧靶的位置结构，其特征在于：所述第一电弧靶和第二电弧靶的总数为3~6组。
3.根据权利要求1所述的一种多弧离子镀设备的电弧靶的位置结构，其特征在于：所述单一金属靶材的个数为2~4个。
4.根据权利要求1所述的一种多弧离子镀设备的电弧靶的位置结构，其特征在于：所述多元元素靶材的个数为2~4个。
5.根据权利要求1所述的一种多弧离子镀设备的电弧靶的位置结构，其特征在于：所述单一金属靶材为Cr。
6.根据权利要求1所述的一种多弧离子镀设备的电弧靶的位置结构，其特征在于：所述多元元素靶材为CrAl、CrMo、CrW、CrB、CrSi或CrTi。
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