CN108754562B - 一种TiN薄膜的制备方法 - Google Patents
一种TiN薄膜的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108754562B CN108754562B CN201810610773.XA CN201810610773A CN108754562B CN 108754562 B CN108754562 B CN 108754562B CN 201810610773 A CN201810610773 A CN 201810610773A CN 108754562 B CN108754562 B CN 108754562B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- anode
- tin film
- electrolyte
- molten salt
- mixed molten
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
- C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
Abstract
本发明提供一种TiN薄膜的制备方法，包括以下步骤：在LiCl‑KCl支持电解质中添加质量百分比为0.5%~2.0%的氮化铝，混合均匀组成混合熔盐电解质，将混合熔盐电解质置于电解槽中升温至430~450℃，采用金属钛作阳极、金属铝作阴极进行电解，阳极电流密度20~100mA/cm2，电解10~20h，在阳极表面得到致密的TiN薄膜。本发明工艺流程短，设备简单，操作方便，成本低廉，TiN薄膜与基体之间结合强度高，通过控制电流密度或电解时间，可以得到不同厚度的TiN薄膜。
Description
技术领域
本发明涉及基体表面处理技术领域，尤其涉及一种TiN薄膜的制备方法。
背景技术
硬膜材料一般是用于提高基体表面的耐磨、耐腐蚀性能的膜层，包括氮化物、碳化物、硼化物等薄膜材料。氮化钛(TiN)薄膜具有高的硬度、耐磨损和抗腐蚀性能，是硬质合金刀具、模具表面的理想薄膜材料。在车刀、铣刀、钻头、轴承、齿轮、成型技术工具等工件上沉积TiN薄膜，可提高工件的表面硬度、改善耐磨性能，其使用寿命和耐用度得到明显提高。TiN薄膜不但在刀具、模具等工件上已有应用，而且在半导体领域的扩散障碍、光学膜以及装饰膜等方面也有广泛的用途。例如：TiN用于太阳能吸收的光学膜、集成电路的扩散阻挡层等。
目前，薄膜的制备方法主要有物理气相沉积和化学气相沉积两大类。物理气相沉积是在真空条件下，利用热蒸发或辉光放电、弧光放电等物理过程，实现材料的迁移，并在零件基体表面上沉积形成薄膜的技术。物理气相沉积薄膜多采用溅射镀膜，但存在溅射设备复杂，需要真空系统及高压装置，沉积速度慢，成本高。化学气相沉积技术是利用气态的先驱反应，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态薄膜的技术，其装置主要包括气体的产生、净化、混合及运输装置、反应室、基材加热装置和排气装置，设备复杂，工艺控制难度大，重复性差，操作困难。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种工艺流程短，设备简单，操作方便，成本低廉，结合强度高且厚度可控的制备TiN薄膜的方法。
本发明的一种TiN薄膜的制备方法，包括以下步骤：
S1用氮化铝作氮源，以LiCl-KCl为支持电解质，将氮化铝与支持电解质混合均匀，组成混合熔盐电解质；
S2将步骤S1中的混合熔盐电解质置于电解槽中，升温融化混合熔盐电解质，用金属钛作阳极，金属铝作阴极，接通直流电源电解混合熔盐电解质，在阳极表面得到致密的TiN薄膜。
在本发明中，步骤S1中，支持电解质LiCl：KCl摩尔比为1.2～1.9：1。
在本发明中，步骤S1中，氮化铝配入量占混合熔盐电解质的质量百分比为0.5％～2.0％。
在本发明中，步骤S2中，因电解质组成不同，电解槽内电解温度为430～450℃，具体温度根据电解质的初晶温度，选择高于电解质初晶温度30～50℃进行电解。
在本发明中，步骤S2中，金属钛阳极为2.0cm×1.5cm(长×宽)的钛片，电解前对阳极钛片进行预处理，首先对钛片表面进行打磨、抛光处理，然后用丙酮擦洗钛片，除去附着在钛片表面的有机物，最后用蒸馏水清洗钛片，干燥后使用。
在本发明中，步骤S2中，金属铝阴极为2.0cm×1.5cm(长×宽)的铝片，采用阳极同样的处理方法对铝片进行预处理。
在本发明中，步骤S2中，采用恒电流方式电解，阳极电流密度为20～100mA/cm2，电解时间为10～20h。
本发明的有益效果在于：
本发明在AlN-LiCl-KCl混合熔盐电解质中直接电解制备TiN薄膜，无需真空系统、气体高压装置、气体运输及排气装置，工艺流程短，设备简单，操作方便，成本低廉，用氮化铝作氮源对金属钛阳极进行阳极氮化，氮直接渗入到阳极基体内部，形成的TiN薄膜与金属基体之间通过化学键结合，薄膜与基体的粘附强度高达500MPa，而物理气相沉积和化学气相沉积镀膜的粘附强度一般为300MPa，结合强度明显提高。此外，可以实现TiN薄膜的可控制备，可以通过控制电流密度或电解时间来控制TiN薄膜的厚度，具有制作方便灵活等特点。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
将LiCl和KCl按摩尔比为0.42：1混合均匀，向LiCl-KCl支持电解质中添加质量分数为0.5％的氮化铝并混合均匀获得混合熔盐电解质，将混合熔盐电解质置于电解槽中，用钛片作阳极，铝片作阴极，控制阴极电流密度为20mA/cm2，电解温度为430℃，电解10h后在阳极表面获得平整、光滑、致密的TiN薄膜，TiN薄膜厚度为10～15μm，N的原子百分含量为50.5％，其余为Ti。
实施例2
将LiCl和KCl按摩尔比为1.9：1混合均匀，向LiCl-KCl支持电解质中添加质量分数为2.0％的氮化铝并混合均匀获得混合熔盐电解质，将混合熔盐电解质置于电解槽中，用钛片作阳极，铝片作阴极，控制阴极电流密度为100mA/cm2，电解温度为450℃，电解20h后在阳极表面获得平整、光滑、致密的TiN薄膜，TiN薄膜厚度为65～70μm，N的原子百分含量为52.5％，其余为Ti。
实施例3
将LiCl和KCl按摩尔比为1.5：1混合均匀，向LiCl-KCl支持电解质中添加质量分数为1.0％的氮化铝并混合均匀获得混合熔盐电解质，将混合熔盐电解质置于电解槽中，用钛片作阳极，铝片作阴极，控制阴极电流密度为60mA/cm2，电解温度为440℃，电解15h后在阳极表面获得平整、光滑、致密的TiN薄膜，TiN薄膜厚度为35～40μm，N的原子百分含量为51.4％，其余为Ti。
实施例4
将LiCl和KCl按摩尔比为1.5：1混合均匀，向LiCl-KCl支持电解质中添加质量分数为1.0％的氮化铝并混合均匀获得混合熔盐电解质，将混合熔盐电解质置于电解槽中，用钛片作阳极，铝片作阴极，控制阴极电流密度为60mA/cm2，电解温度为440℃，电解10h后在阳极表面获得平整、光滑、致密的TiN薄膜，TiN薄膜厚度为30～35μm，N的原子百分含量为51.2％，其余为Ti。
实施例5
将LiCl和KCl按摩尔比为1.7：1混合均匀，向LiCl-KCl支持电解质中添加质量分数为1.5％的氮化铝并混合均匀获得混合熔盐电解质，将混合熔盐电解质置于电解槽中，用钛片作阳极，铝片作阴极，控制阴极电流密度为80mA/cm2，电解温度为450℃，电解17h后在阳极表面获得平整、光滑、致密的TiN薄膜，TiN薄膜厚度为55～60μm，N的原子百分含量为50.2％，其余为Ti。
实施例6
将LiCl和KCl按摩尔比为1.7：1混合均匀，向LiCl-KCl支持电解质中添加质量分数为1.5％的氮化铝并混合均匀获得混合熔盐电解质，将混合熔盐电解质置于电解槽中，用钛片作阳极，铝片作阴极，控制阴极电流密度为40mA/cm2，电解温度为450℃，电解17h后在阳极表面获得平整、光滑、致密的TiN薄膜，TiN薄膜厚度为25～30μm，N的原子百分含量为50.2％，其余为Ti。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (3)
1.一种TiN薄膜的制备方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：
S1用氮化铝作氮源，以LiCl-KCl为支持电解质，将氮化铝与支持电解质混合均匀，组成混合熔盐电解质；所述的支持电解质中LiCl：KCl摩尔比为1.2~1.9：1；氮化铝配入量占混合熔盐电解质的质量百分比为0.5%~2.0%；
S2将步骤S1中的混合熔盐电解质置于电解槽中，升温融化混合熔盐电解质，用金属钛作阳极，金属铝作阴极，接通直流电源电解混合熔盐电解质，在阳极表面得到致密的TiN薄膜；电解槽内电解温度为430~450℃，具体温度根据电解质的初晶温度，选择高于电解质初晶温度30~50℃进行电解，采用恒电流方式电解，阳极电流密度为20~100mA/cm2，电解时间为10~20h。
2.如权利要求1所述的TiN薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中，金属钛阳极为2.0cm×1.5cm长×宽的钛片，电解前对阳极钛片进行预处理，首先对钛片表面进行打磨、抛光处理，然后用丙酮擦洗钛片，除去附着在钛片表面的有机物，最后用蒸馏水清洗钛片，干燥后使用。
3.如权利要求2所述的TiN薄膜的制备方法，其特征在于：步骤S2中，金属铝阴极为2.0cm×1.5cm长×宽的铝片，采用阳极同样的处理方法对铝片进行预处理。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810610773.XA CN108754562B (zh) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | 一种TiN薄膜的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810610773.XA CN108754562B (zh) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | 一种TiN薄膜的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108754562A CN108754562A (zh) | 2018-11-06 |
| CN108754562B true CN108754562B (zh) | 2020-04-14 |
Family
ID=64021203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810610773.XA Active CN108754562B (zh) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | 一种TiN薄膜的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108754562B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110607544B (zh) * | 2019-08-27 | 2021-09-07 | 广东工业大学 | 一种制备氮化钛镀膜的水性电镀液及其制备方法与应用 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2007034605A1 (ja) * | 2005-09-21 | 2009-03-19 | 東邦チタニウム株式会社 | 還元性金属の溶融塩電解装置およびその電解方法並びに還元性金属を用いた高融点金属の製造方法 |
| CN100408718C (zh) * | 2006-06-16 | 2008-08-06 | 河北农业大学 | 一种氮化钛金属基陶瓷涂层的反应电火花沉积制备方法 |
| CN101109097A (zh) * | 2007-08-16 | 2008-01-23 | 复旦大学 | 一种室温下制备氮化钛薄膜的方法 |
-
2018
- 2018-06-14 CN CN201810610773.XA patent/CN108754562B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108754562A (zh) | 2018-11-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6458218B1 (en) | Deposition and thermal diffusion of borides and carbides of refractory metals | |
| WO2020207155A1 (zh) | 抗熔融铝硅合金腐蚀复合涂层及其制备方法和应用 | |
| CN112144027A (zh) | 不锈钢表面沉积TiNxOy涂层双极板材料及其制备方法与应用 | |
| CN105506622A (zh) | 复合涂层刀具及其制造方法 | |
| CN103590008A (zh) | 一种在TiAl合金和MCrAlY涂层间制备Al2O3扩散障的方法 | |
| CN103966615B (zh) | 一种1200℃完全抗氧化的二元微量活性元素掺杂的PtNiAl粘结层及其制备方法 | |
| CN109082647B (zh) | 铝合金表面dlc防护薄膜制备方法 | |
| CN101457359A (zh) | 一种Ti-Si-N纳米晶-非晶复合超硬涂层的制备方法 | |
| CN108754562B (zh) | 一种TiN薄膜的制备方法 | |
| CN107034433B (zh) | 一种TiCN梯度涂层的制备方法 | |
| CN106119846A (zh) | 一种在镁合金表面制备耐腐蚀耐磨涂层的方法 | |
| CN111394771B (zh) | 一种在铜及其合金表面制备涂层的方法及铜制品 | |
| CN109652798A (zh) | 一种烧结钕铁硼磁体表面复合涂层的制备方法 | |
| CN1151315C (zh) | 具有涂层的制品 | |
| CN111424229B (zh) | 耐液态金属合金浸蚀复合涂层的制备方法 | |
| CN110205628A (zh) | 一种基于非导电陶瓷的自润滑涂层的电火花沉积制备方法 | |
| CN108611590B (zh) | 一种Ti合金工件防咬死的方法 | |
| CN102560485B (zh) | 镁合金表面制备硬质防护膜的方法 | |
| CN113403577B (zh) | 一种改善Cu基体与碳基薄膜结合力的方法 | |
| CN101445906A (zh) | 一种在钛及其合金表面制备铂涂层方法 | |
| CN113506887A (zh) | 不锈钢表面制备TiCxNy涂层的方法与应用 | |
| CN102534480A (zh) | 镀膜件及其制备方法 | |
| US20100323101A1 (en) | Method for preparing surface modification coating of metal bipolar plates | |
| JPH03232957A (ja) | 耐摩耗部材の製造方法 | |
| JPH10330998A (ja) | 電気めっき方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |