CN114293154A - 一种多层结构涂层的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种多层结构涂层的制备方法，该制备方法中提供了增加反应气体M的通入流量、以小电流模式开启第二组B靶材或控制靶材门的方案，解决了应用多弧离子镀膜方法沉积多层结构涂层时，膜层之间结合力较弱，容易发生膜层分离剥落的问题。
Description
技术领域
本发明涉及涂层技术领域，尤其涉及一种多层结构涂层的制备方法。
背景技术
随着制造工业的发展，对涂层结合力性能的要求越来越高，如：涂层与基片之间的结合力，涂层内各膜层之间的结合力等。涂层结合力性能与涂层的制备工艺息息相关，多弧离子镀作为物理气相沉积技术的一个分支，是以真空蒸镀和真空溅射为基础的一种新型镀膜技术，因其沉积速率高、附着力好、镀层致密、操作简单方便等优点，在膜层制备方面得到了广泛应用。
然而发明人发现，应用多弧离子镀制备的多层结构涂层，膜层之间容易发生分层剥落的风险，膜层之间的结合力较弱，严重影响了应用多弧离子镀膜工艺制备的多层结构涂层的稳定性。
发明内容
本发明的目的主要在于解决应用多弧离子镀膜方法沉积多层结构涂层时，膜层之间结合力弱的技术问题。
为实现上述目的，本申请是通过以下技术方案来实现的：
本申请提供了一种多层结构涂层的制备方法，包括如下步骤：首先，将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入反应气体M，直至气压值稳定为设定气压值，打开第一组A靶材，在所述基片上沉积AM层；其次，按照下述方案1、方案2、方案3中的至少一种在所述AM层上继续沉积ABM层：
方案1：在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，开启第二组B靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体M的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，在所述AM层上继续沉积ABM；
方案2：以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，使所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，在所述AM层上继续沉积ABM；
方案3：关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，开启第二组B靶材，使所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，依次打开第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
作为本申请进一步的改进，所述反应气体M可以为但不仅仅限于N2气、C2H2中的任意一种，第一组A靶材包括至少1种a靶材，a靶材可以为第一单元素靶材、第一两元素混合靶材或第一两元素以上混合靶材，第二组B靶材包括至少1种b靶材，b靶材可以为第二单元素靶材、第二两元素混合靶材或第二两元素以上混合靶材。
作为本申请进一步的改进，所述第一单元素靶材为Ti靶材、Al靶材、Ni靶材、Cr靶材中的任意一种，所述第一两元素混合靶材为TiCr靶材；所述第二单元素靶材为Ti靶材、Al靶材、Ni靶材、Cr靶材中的任意一种，所述第二两元素混合靶材为TiCr靶材。
作为本申请进一步的改进，所述设定气压值为1Pa～10Pa。
作为本申请进一步的改进，每秒所述第二组B靶材电流的增加值不超过所述设定电流值的10%。
作为本申请进一步的改进，所述第一启动电流值不超过所述设定电流值的30%。
作为本申请进一步的改进，所述第二组B靶材由第一启动电流值升至设定电流值所用的时间小于所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值至稳定为设定气压值的时间。
作为本申请进一步的改进，方案3中，打开第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门的间隔时间为1s～60s。
作为本申请进一步的改进，所述方案1和所述方案2的组合如下：在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，在所述AM层上继续沉积ABM。
优选的，所述方案1和所述方案2的组合中，增加反应气体M的通入流量为50～500sccm，使多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值升高0.5～2Pa，第一启动电流值可以为但不仅仅限于40A。
作为本申请进一步的改进，所述方案1和所述方案3的组合如下：关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，开启第二组B靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体M的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM；或，在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，开启第二组B靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体M的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
优选的，所述方案1和所述方案3的组合中，增加反应气体M的通入流量为50～500sccm，使多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值升高0.5～2Pa。
作为本申请进一步的改进，所述方案2和所述方案3的组合如下：关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
优选的，所述方案2和所述方案3的组合中，第一启动电流值可以为但不仅仅限于40A。
作为本申请进一步的改进，所述方案1、所述方案2和所述方案3的组合如下：关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
优选的，方案1、方案2和方案3的组合中，增加反应气体M的通入流量为50～500sccm，使多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值升高0.5～2Pa，第一启动电流值可以为但不仅仅限于40A。
本申请的有益效果在于，本申请提供了一种多层结构涂层的制备方法，在该方法中提供了增加反应气体M的通入流量、以小电流模式开启第二组B靶材或控制靶材门的方案，解决了应用多弧离子镀膜方法沉积多层结构涂层时，膜层之间结合力弱，容易发生分层剥落的技术问题。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例，对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
TiN/TiCrN涂层作为一种典型的多层结构涂层，在基体上形成TiN/TiCrN涂层之后，由基体到TiN膜层再到TiCrN膜层之间形成无界面连续变化的梯度过渡层，从而减小残余应力及裂纹的萌生，增加了膜层之间的结合力，进而具有优异的耐磨性、导电性等性能，得到广泛应用。为解决应用多弧离子镀膜方法沉积多层结构涂层时，膜层之间结合力弱的技术问题，本申请针对以多弧离子镀工艺沉积TiN/TiCrN多层结构涂层为例进行了详细的研究：先用Ti靶材和N2气在基片上沉积TiN打底层，再用Ti靶材、Cr靶材和N2气共同沉积TiCrN层。沉积TiN打底层工艺参数可以设置如下：多弧离子镀膜机腔体内的反应气压为4Pa，N2气流量150sccm，Ti靶材电流200A。沉积TiCrN层工艺参数可以设置如下：多弧离子镀膜机腔体内的反应气压为4Pa，N2气流量根据实际消耗量在150sccm基础上自动调整，一般在180-190sccm之间，Ti靶材和Cr靶材电流都为200A。整个过程中为保证TiN/TiCrN多层结构涂层制备过程中的稳定性，多弧离子镀工艺中，反应气体的控制模式采用恒气压模式。在应用上述工艺制备TiN/TiCrN涂层的过程中对多弧离子镀膜机腔体内的反应气压进行实时监控。
然而发明人发现，由多弧离子镀工艺沉积TiN/TiCrN多层结构涂层中的TiN膜层和TiCrN膜层之间界面接触处出现了“夹层”，对该“夹层”进行成分分析后，发现该“夹层”形成过多的Ti2N和Cr2N相以及部分金属相。采用压痕法对由上述工艺制备的含有“夹层”的TiN/TiCrN多层结构涂层进行测试时，会发生层间分离，使结合强度降至HF4-6级。经细致的分析实验过程，该“夹层”形成的时间点与Cr靶材开启的时间点基本吻合，且在打开Cr靶材沉积TiCrN的初始阶段，也就是打开Cr靶材的几秒到几十秒之间，多弧离子镀膜机腔体内的反应气压降低到0.5-0.9Pa，Cr靶材开启的初始阶段电离出的Cr离子额外消耗了30-40sccm的N2气。由此可推断出，“夹层”的出现是由于多弧离子镀膜机腔体内的反应气压不足导致的，且由“夹层”的组分可推断出反应气压不足会导致Ti离子和Cr离子氮化效果不足，也就是膜层化学反应不充分。
虽然启动Cr靶材后，多弧离子镀膜机腔体内的反应气压在恒气压模式下几秒到几十秒（如：5-10秒）时间内便会由0.5-0.9Pa调整到4Pa，且该段“欠压”状态下沉积的涂层厚度极薄，但是因为处于硬质TiN层和TiCrN层之间，严重降低了TiN打底层的支撑效果以及耐磨性。该“夹层”使膜层之间不能完美的过渡，降低膜层之间的结合力，使涂层在实际应用中发生分层剥落的风险。经分析，并非多弧离子镀膜机腔体内的所有涂层工件都受到了影响，而仅仅是在Cr靶材开启后多弧离子镀膜机腔体内的反应气压调整的几秒到几十秒的时间内旋转经过Ti靶材和Cr靶材附近的工件发生了异常。
为解决上述应用多弧离子镀膜方法沉积多层结构涂层时，膜层之间界面接触处容易出现“夹层”的技术问题。本申请提供了一种多层结构涂层的制备方法，包括如下步骤：首先，将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入反应气体M，直至气压值稳定为设定气压值，打开第一组A靶材，在所述基片上沉积AM层；其次，按照下述方案1、方案2、方案3中的至少一种在所述AM层上继续沉积ABM层：
方案1：在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，开启第二组B靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体M的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，在所述AM层上继续沉积ABM；
方案2：以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，使所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，在所述AM层上继续沉积ABM；
方案3：关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，开启第二组B靶材，使所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，依次打开第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
具体的，所述反应气体M可以为但不仅仅限于N2气、C2H2中的任意一种，第一组A靶材包括至少1种a靶材，a靶材可以为第一单元素靶材、第一两元素混合靶材或第一两元素以上混合靶材，第二组B靶材包括至少1种b靶材，b靶材可以为第二单元素靶材、第二两元素混合靶材或第二两元素以上混合靶材。优选的，所述第一单元素靶材为Ti靶材、Al靶材、Ni靶材、Cr靶材中的任意一种，所述第一两元素混合靶材为TiCr靶材；所述第二单元素靶材为Ti靶材、Al靶材、Ni靶材、Cr靶材中的任意一种，所述第二两元素混合靶材为TiCr靶材。
作为本申请优选的实施方案，所述设定气压值为1Pa～10Pa。在多弧离子镀工艺中，反应气体的气压对成膜质量具有决定性的影响：当反应气体气压过低时不利于金属化合物相的形成，涂层性能倾向于金属特征，当反应气体气压过高时会增加离子与气体分子的碰撞几率，影响沉积能量。同时，为避免降低等离子体中离子轰击能量和/或极端情况下的靶中毒，增加的N2气气体通入流量需严格控制，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内增加N2气气体通入流量后，需保证多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值不能超出正常反应气压范围。所述设定气压值优选为4Pa。
作为本申请优选的实施方案，方案2中：每秒所述第二组B靶材电流的增加值不超过所述设定电流值的10%，进一步的，第二组B靶材电流的增加速度为2A/s～4A/s。方案2中：所述第一启动电流值不超过所述设定电流值的30%，进一步的，所述第一启动电流值优选为40A。方案2中：所述第二组B靶材由第一启动电流值升至设定电流值所用的时间小于所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值至稳定为设定气压值的时间。方案3中，打开第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门的间隔时间为1s～60s。
优选的，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体的控制模式为恒气压控制模式。恒气压控制模式虽也受气体流量计和控制模块响应时间的影响，但恒气压控制模式中，多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值调整较迅速，便于提高镀膜效率。
作为本申请优选的实施方案，所述方案1和所述方案2的组合具体如下：在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，在所述AM层上继续沉积ABM。
作为本申请优选的实施方案，所述方案1和所述方案3的组合具体如下：关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，开启第二组B靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体M的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM；或，在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，开启第二组B靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体M的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
作为本申请优选的实施方案，所述方案2和所述方案3的组合具体如下：关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
作为本申请优选的实施方案，所述方案1、所述方案2和所述方案3的组合具体如下：关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
本申请以多弧离子镀工艺沉积TiN/TiCrN多层结构涂层的技术方案如下：
本申请提供了一种TiN/TiCrN多层结构涂层的制备方法，包括如下步骤：将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入反应气体N2气，直至气压值稳定为设定气压值，打开Ti靶材，在基片上沉积TiN层；其次，按照下述方案1、方案2、方案3中的至少一种在所述TiN层上继续沉积TiCrN层：
方案1：在开启Cr靶材之前，将反应气体N2气的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体N2气的通入流量，开启Cr靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体N2气的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，在所述TiN层上继续沉积TiCrN层；优选的，所述设定气压值为1Pa～10Pa；
方案2：以第一启动电流值开启Cr靶材，并逐步增加Cr靶材电流值至设定电流值，使所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，在所述TiN层上继续沉积TiCrN层；优选的，所述第一启动电流值为40A～80A，每秒所述Cr靶材电流的增加值不超过所述设定电流值的10%，进一步的，Cr靶材电流的增加速度为2A/s～4A/s。方案2中：所述第一启动电流值不超过所述设定电流值的30%；
方案3：关闭Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，开启Cr靶材，使所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，依次打开Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，在所述TiN层上继续沉积TiCrN层，优选的，打开Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门的间隔时间控制在1s～60s之间。
作为本申请优选的实施方案，所述方案1和所述方案2的组合具体如下：在开启Cr靶材之前，将反应气体N2气的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体N2气的通入流量，以第一启动电流值开启Cr靶材，并逐步增加Cr靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，在所述TiN层上继续沉积TiCrN层。优选的，增加反应气体N2气的通入流量为50sccm～500sccm，使气压升高0.5Pa～2Pa，所述第一启动电流值为40A。
作为本申请优选的实施方案，所述方案1和所述方案3的组合具体如下：关闭Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，在开启Cr靶材之前，将反应气体N2气的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体N2气的通入流量，开启Cr靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体N2气的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，在所述TiN层上继续沉积TiCrN，优选的，增加反应气体N2气的通入流量为50sccm～500sccm，使气压升高0.5Pa～2Pa；或，在开启Cr靶材之前，将反应气体N2气的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体N2气的通入流量，关闭Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，开启Cr靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体N2气的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，在所述TiN层上继续沉积TiCrN，优选的，增加反应气体N2气的通入流量为50sccm～500sccm，使气压升高0.5Pa～2Pa。
作为本申请优选的实施方案，所述方案2和所述方案3的组合具体如下：关闭Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，以第一启动电流值开启Cr靶材，并逐步增加Cr靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，依次开启Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，在所述TiN层上继续沉积TiCrN。优选的，所述第一启动电流值为40A。
作为本申请优选的实施方案，所述方案1、所述方案2和所述方案3的组合具体如下：关闭Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，在开启Cr靶材之前，将反应气体N2气的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体N2气的通入流量，以第一启动电流值开启Cr靶材，并逐步增加Cr靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，在所述TiN层上继续沉积TiCrN。优选的，增加反应气体N2气的通入流量为50sccm～500sccm，使气压升高0.5Pa～2Pa，所述第一启动电流值为40A。
为验证上述技术方案的有益效果，本申请还提供了以下实施例：
实施例1
应用多弧离子镀膜方法制备包括TiCrN膜层的涂层的制备方法：首先，将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入N2气，N2气气体流量为150sccm，直至气压值稳定为设定气压值，设定气压值为4Pa，此时，反应气体N2气的控制模式为气压控制模式，打开Ti靶材，Ti靶材电流200A，在基片上沉积TiN打底层。
其次，采用方案1的模式制备TiCrN层：在开启Cr靶材之前，将反应气体的气压控制模式调整为流量控制模式，N2气气体流量由150sccm提升至180sccm，此时多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值在6Pa左右，仍然处于弧光放电的工作气压范围内。N2气气体流量稳定在180sccm后点燃Cr靶材，Cr靶材电流为200A，随着多弧离子镀膜机的样品仓内Ti离子和Cr离子对N2气的消耗增多，多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值逐步降至4Pa左右，然后再将反应气体N2气的控制模式由流量控制模式调整为气压控制模式，气压设定为4Pa，继续沉积TiCrN层。
用压痕法表征本实施例1的TiN/TiCrN复合涂层的结合强度为HF1级。
实施例2
应用多弧离子镀膜方法制备TiN/TiCrN复合涂层的制备方法：首先，将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入N2气，N2气气体流量为150sccm，直至气压值稳定为设定气压值，设定气压值为4Pa，此时，反应气体N2气的控制模式为恒气压控制模式，打开Ti靶材，Ti靶材电流200A，在基片上沉积TiN打底层。
其次，采用方案2的模式制备TiCrN层：在开启Cr靶材之前，保持Ti靶材电流和多弧离子镀膜机的样品仓内N2气气压不变，以40A电流点燃Cr靶材，由于在低电流条件下产生的Cr离子数量较少，多弧离子镀膜机的样品仓内N2气气压值仅有0.5～1Pa范围的降低，即反应气压最低降至3Pa，并不影响Ti离子和Cr离子的氮化反应。N2气气压在5-10秒时间内自动恢复至4Pa，然后再逐步增加Cr靶材电流，Cr靶材电流的增加速度为2A/s～4A/s，在保证N2气气压在3-4Pa范围内变化的情况下，分多步增加Cr靶材电流，最终将Cr靶材电流调整至200A，N2气气压控制在4Pa。
用压痕法表征本实施例2的TiN/TiCrN复合涂层的结合强度为HF1级。
实施例3
应用多弧离子镀膜方法制备TiN/TiCrN复合涂层的制备方法：首先，将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入N2气，N2气气体流量为150sccm，直至气压值稳定为设定气压值，设定气压值为4Pa，此时，反应气体N2气的控制模式为恒气压控制模式，打开Ti靶材，Ti靶材电流200A，在基片上沉积TiN打底层。
其次，采用方案3的模式制备TiCrN层：在开启Cr靶材之前，关闭Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，保持Ti靶材持续以200A电流工作，点燃Cr靶材，Cr靶材电流设置为200A，5-10秒后多弧离子镀膜机的样品仓内N2气气压值稳定在4Pa，此时由于靶材门的遮挡作用，并没有粒子沉积到工件上。然后再打开Ti靶材靶材门，5-60秒时间后打开Cr靶材靶材门，继续沉积TiCrN层。
用压痕法表征本实施例3的TiN/TiCrN复合涂层的结合强度为HF1级。
实施例4
应用多弧离子镀膜方法制备TiN/TiCrN复合涂层的制备方法：首先，将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入N2气，N2气气体流量为150sccm，直至气压值稳定为设定气压值，设定气压值为4Pa，此时，反应气体N2气的控制模式为恒气压控制模式，打开Ti靶材，Ti靶材电流200A，在基片上沉积TiN打底层。
其次，采用方案1和方案2组合模式制备TiCrN层：在开启Cr靶材之前，将反应气体的控制模式由气压控制模式调整为流量控制模式，N2气气体流量由150sccm提升至180sccm，此时多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值在6Pa左右，仍然处于弧光放电的工作气压范围内。N2气气体流量稳定在180sccm后点燃Cr靶材，以40A电流点燃Cr靶材，此时多弧离子镀膜机的样品仓内电流并没有显著变化，然后再逐步增加Cr靶材电流，Cr靶材电流的增加速度为2A/s～4A/s，多弧离子镀膜机的样品仓内N2气气压会缓慢降低，当Cr靶材电流调整至200A后，多弧离子镀膜机的样品仓内N2气气压稳定在4Pa左右，然后再将反应气体N2气的控制模式由流量控制模式调整为气压控制模式，气压设定为4Pa，继续沉积TiCrN层。
用压痕法表征本实施例4的TiN/TiCrN复合涂层的结合强度为HF1级。
实施例5
应用多弧离子镀膜方法制备包括TiCrN膜层的涂层的制备方法：首先，将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入N2气，N2气气体流量为150sccm，直至气压值稳定为设定气压值，设定气压值为4Pa，此时，反应气体N2气的控制模式为恒气压控制模式，打开Ti靶材，Ti靶材电流200A，在基片上沉积TiN打底层。
其次，采用方案1和方案3组合模式制备TiCrN层：在开启Cr靶材之前，将反应气体的气压控制模式调整为流量控制模式，N2气气体流量由150sccm提升至180sccm，此时多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值在6Pa左右，仍然处于弧光放电的工作气压范围内。关闭Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，点燃Cr靶材，Cr靶材电流为200A，此时没有粒子沉积到工件上。5-10秒后N2气气压稳定在4Pa左右，将N2气气体的控制模式由流量控制模式调整为气压控制模式，设定气压值为4Pa，依次打开Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，继续沉积TiCrN层。
用压痕法表征本实施例5的TiN/TiCrN复合涂层的结合强度为HF1级。
实施例6
应用多弧离子镀膜方法制备包括TiCrN膜层的涂层的制备方法：首先，将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入N2气，N2气气体流量为150sccm，直至气压值稳定为设定气压值，设定气压值为4Pa，此时，反应气体N2气的控制模式为恒气压控制模式，打开Ti靶材，Ti靶材电流200A，在基片上沉积TiN打底层。
其次，采用方案1和方案3组合模式制备TiCrN层：在开启Cr靶材之前，关闭Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，将反应气体的气压控制模式调整为流量控制模式，N2气气体流量由150sccm提升至180sccm，此时多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值在6Pa左右，仍然处于弧光放电的工作气压范围内。点燃Cr靶材，Cr靶材电流为200A，此时没有粒子沉积到工件上。5-10秒后N2气气压稳定在4Pa左右，将N2气气体的控制模式由流量控制模式调整为气压控制模式，设定气压值为4Pa，依次打开Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，继续沉积TiCrN层。
用压痕法表征本实施例6的TiN/TiCrN复合涂层的结合强度为HF1级。
实施例7
应用多弧离子镀膜方法制备TiN/TiCrN复合涂层的制备方法：首先，将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入N2气，N2气气体流量为150sccm，直至气压值稳定为设定气压值，设定气压值为4Pa，此时，反应气体N2气的控制模式为恒气压控制模式，打开Ti靶材，Ti靶材电流200A，在基片上沉积TiN打底层。
其次，采用方案2和方案3组合模式制备TiCrN层：在开启Cr靶材之前，关闭Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，保持Ti靶材持续以200A电流工作，并保持多弧离子镀膜机的样品仓内N2气气压不变，以40A电流点燃Cr靶材，然后再逐步增加Cr靶材电流，Cr靶材电流的增加速度为2A/s～4A/s，多弧离子镀膜机的样品仓内N2气气压会根据N2气消耗量进行调整，当Cr靶材电流调整至200A后，多弧离子镀膜机的样品仓内N2气气压值稳定在4Pa左右，依次打开Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，继续沉积TiCrN层。
用压痕法表征本实施例7的TiN/TiCrN复合涂层的结合强度为HF1级。
实施例8
应用多弧离子镀膜方法制备TiN/TiCrN复合涂层的制备方法：首先，将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入N2气，N2气气体流量为150sccm，直至气压值稳定为设定气压值，设定气压值为4Pa，此时，反应气体N2气的控制模式为恒气压控制模式，打开Ti靶材，Ti靶材电流200A，在基片上沉积TiN打底层。
其次，采用方案1、方案2和方案3组合模式制备TiCrN层：在开启Cr靶材之前，关闭Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，保持Ti靶材持续以200A电流工作。首先，将反应气体的控制模式由气压控制模式调整为流量控制模式，N2气气体流量由150sccm提升至180sccm，此时多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值在6Pa左右，仍然处于弧光放电的工作气压范围内。其次，以40A电流点燃Cr靶材，然后再逐步增加Cr靶材电流，Cr靶材电流的增加速度为2A/s～4A/s，多弧离子镀膜机的样品仓内N2气气压会根据N2气消耗量进行调整，当Cr靶材电流调整至200A后，多弧离子镀膜机的样品仓内N2气气压值稳定在4Pa左右，将反应气体的控制模式由流量控制模式调整为气压控制模式。依次打开Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门，继续沉积TiCrN层。
用压痕法表征本实施例8的TiN/TiCrN复合涂层的结合强度为HF1级。
此外，本申请还提供了一种应用于上述所述的多层结构涂层的制备方法的多弧离子镀膜机，在安装靶材的位置处设置靶材门，用于阻止由靶材轰击出的等离子体沉积到待镀膜基片上。所述靶材门至少为1个。本申请中可以应用一个靶材门阻挡由若干个靶材轰击出的等离子体沉积到待镀膜基片上，也可以在每个相应的靶材上均设置靶材门，如当安置Ti靶材靶材门和Cr靶材靶材门后，Ti靶材上设有Ti靶材靶材门，Cr靶上设有Cr靶靶材门。
综上所述，本申请提供了一种多层结构涂层的制备方法，在该方法中提供了增加反应气体M的通入流量、以小电流模式开启第二组B靶材或控制靶材门的方案，解决了应用多弧离子镀膜方法沉积多层结构涂层时，膜层之间结合力较弱，容易发生膜层分离剥落的问题，也就是膜层之间界面接触处容易出现“夹层”的技术问题。上述方案不需要对涂层工艺进行特殊调整，提升了应用多弧离子镀膜方法制备多层结构涂层的产品质量，节省了研发成本。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本申请的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本申请的保护范围，凡未脱离本申请技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种多层结构涂层的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先，将基片置于多弧离子镀膜机的样品仓内，设置反应气体的控制模式为气压控制模式，向所述多弧离子镀膜机的样品仓内通入反应气体M，直至气压值稳定为设定气压值，打开第一组A靶材，在所述基片上沉积AM层；
其次，按照下述方案1、方案2、方案3中的至少一种在所述AM层上继续沉积ABM层：
方案1
在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，开启第二组B靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体M的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，在所述AM层上继续沉积ABM；
方案2
以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，使所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，在所述AM层上继续沉积ABM；
方案3
关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，开启第二组B靶材，使所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，依次打开第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
2.根据权利要求1所述的多层结构涂层的制备方法，其特征在于，
所述反应气体M为N2气、C2H2中的任意一种，
第一组A靶材包括至少1种a靶材，a靶材为第一单元素靶材、第一两元素混合靶材或第一两元素以上混合靶材，
第二组B靶材包括至少1种b靶材，b靶材为第二单元素靶材、第二两元素混合靶材或第二两元素以上混合靶材。
3.根据权利要求2所述的多层结构涂层的制备方法，其特征在于，所述第一单元素靶材为Ti靶材、Al靶材、Ni靶材、Cr靶材中的任意一种，所述第一两元素混合靶材为TiCr靶；所述第二单元素靶材为Ti靶材、Al靶材、Ni靶材、Cr靶材中的任意一种，所述第二两元素混合靶材为TiCr靶。
4.根据权利要求1所述的多层结构涂层的制备方法，其特征在于，所述设定气压值为1Pa～10Pa。
5.根据权利要求1所述的多层结构涂层的制备方法，其特征在于，每秒所述第二组B靶材电流的增加值不超过所述设定电流值的10%。
6.根据权利要求1所述的多层结构涂层的制备方法，其特征在于，所述第一启动电流值不超过所述设定电流值的30%。
7.根据权利要求1所述的多层结构涂层的制备方法，其特征在于，所述第二组B靶材由第一启动电流值升至设定电流值所用的时间小于所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值至稳定为设定气压值的时间。
8.根据权利要求1所述的多层结构涂层的制备方法，其特征在于，方案3中，打开第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门的间隔时间为1s～60s。
9.根据权利要求1所述的多层结构涂层的制备方法，其特征在于，所述方案1和所述方案2的组合如下：
在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，在所述AM层上继续沉积ABM。
10.根据权利要求1所述的多层结构涂层的制备方法，其特征在于，所述方案1和所述方案3的组合如下：
关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，开启第二组B靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体M的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM；
或，
在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，开启第二组B靶材，所述多弧离子镀膜机的样品仓内的反应气体M的气压值再次稳定为所述设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
11.根据权利要求1所述的多层结构涂层的制备方法，其特征在于，所述方案2和所述方案3的组合如下：
关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
12.根据权利要求1所述的多层结构涂层的制备方法，其特征在于，所述方案1、所述方案2和所述方案3的组合如下：
关闭第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在开启第二组B靶材之前，将反应气体M的控制模式由气压控制模式转变为流量控制模式，增加反应气体M的通入流量，以第一启动电流值开启第二组B靶材，并逐步增加第二组B靶材电流值至设定电流值，调整所述多弧离子镀膜机的样品仓内的气压值直至稳定为设定气压值，将反应气体的控制模式由流量控制模式转变为气压控制模式，依次开启第一组A靶材靶材门和第二组B靶材靶材门，在所述AM层上继续沉积ABM。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103161733A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-06-19 | 鲁东大学 | 一种Ti/TiCrN纳米多层涂层叶轮及其制备方法 |
| CN105483584A (zh) * | 2014-09-15 | 2016-04-13 | 南昌大学 | 一种提高TiCrN多元多层复合涂层硬质合金的硬度的方法 |
| CN107227441A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-10-03 | 中国科学院力学研究所 | 一种基于反应溅射迟滞效应的TiAlSiN涂层制备方法 |
| CN109207938A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-15 | 清华大学 | Ti/TiN/TiAlSiN/TiAlCrSiN纳米多层梯度膜及其制备方法 |
| CN110578122A (zh) * | 2019-10-18 | 2019-12-17 | 天津职业技术师范大学(中国职业培训指导教师进修中心) | 一种AlTiN/AlTiSiN多层纳米复合涂层的制备工艺 |
| CN110872697A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-03-10 | 广东正德材料表面科技有限公司 | Cr离子轰击改善多弧离子镀涂层性能的方法 |
| US20200370162A1 (en) * | 2019-05-21 | 2020-11-26 | ASIMCO Shuanghuan Piston Ring(YiZheng) Co., Ltd. | Friction reduced and wear resistant coating, preparation method thereof and piston ring |
-
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103161733A (zh) * | 2013-03-15 | 2013-06-19 | 鲁东大学 | 一种Ti/TiCrN纳米多层涂层叶轮及其制备方法 |
| CN105483584A (zh) * | 2014-09-15 | 2016-04-13 | 南昌大学 | 一种提高TiCrN多元多层复合涂层硬质合金的硬度的方法 |
| CN107227441A (zh) * | 2017-05-11 | 2017-10-03 | 中国科学院力学研究所 | 一种基于反应溅射迟滞效应的TiAlSiN涂层制备方法 |
| CN109207938A (zh) * | 2018-09-28 | 2019-01-15 | 清华大学 | Ti/TiN/TiAlSiN/TiAlCrSiN纳米多层梯度膜及其制备方法 |
| US20200370162A1 (en) * | 2019-05-21 | 2020-11-26 | ASIMCO Shuanghuan Piston Ring(YiZheng) Co., Ltd. | Friction reduced and wear resistant coating, preparation method thereof and piston ring |
| CN110578122A (zh) * | 2019-10-18 | 2019-12-17 | 天津职业技术师范大学(中国职业培训指导教师进修中心) | 一种AlTiN/AlTiSiN多层纳米复合涂层的制备工艺 |
| CN110872697A (zh) * | 2019-12-16 | 2020-03-10 | 广东正德材料表面科技有限公司 | Cr离子轰击改善多弧离子镀涂层性能的方法 |
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