[发明专利]一种电弧离子镀CN薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电弧离子镀CN薄膜的方法，属于表面工程技术领域，特别是采用电弧离子镀技术镀CN薄膜的方法，可应用于金属工件表面镀膜，提高精密工件的表面硬度、降低磨擦系数，提高工件的耐磨损性能，从而达到延长工件使用寿命的目的。

背景技术

CN薄膜具有高的硬度、低摩擦系数，是优良的耐磨损薄膜。采用反应磁控溅射法和化学气相沉积法制备CN薄膜的研究相对成熟，制备的CN薄膜中N含量可控，其硬度一般小于20GPa。

采用电弧离子镀技术可以获得硬度更高的CN薄膜，具有更优异的耐磨损性能，薄膜中的N含量最高可达50％左右，CN薄膜的总厚度可以达到3μm。同时，由于电弧离子镀技术本身的特点，采用电弧离子镀技术制备CN薄膜可以实现复杂曲面工件的耐磨损处理。

发明内容

本发明的目的是为了解决采用反应磁控溅射法和化学气相沉积法制备CN薄膜的硬度低的问题，提出一种电弧离子镀CN薄膜的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种电弧离子镀CN薄膜的方法，实现该方法的电弧离子镀膜设备包括真空室并在真空室内配置了石墨电弧源、离子源、偏压电源和多通道供气系统；是在石墨电弧源工作的过程中，通过离子源辅助引入N元素，从而制备了CN薄膜；通过调节N₂气流量和石墨电弧源的工作频率，可以改变CN薄膜中的N含量，获得综合性能优异的耐磨损CN薄膜；CN薄膜为非晶态，薄膜厚度可以达到3μm；采用电弧离子镀技术制备的CN薄膜可以应用于复杂曲面精密工件表面的耐磨损处理；

其具体制备步骤为：

1)向真空室内通入Ar气，打开离子源，对工件表面进行活化处理；

2)关闭离子源，断开Ar气，对工件加偏压，打开Ti电弧源，镀Ti过渡层；

3)关闭Ti电弧源，向真空室内通入N₂和Ar混和气体，打开离子源，同时打开石墨电弧源，镀CN薄膜；

上述步骤1)中向真空室内通入Ar气，使真空度保持在7×10^-2Pa～3×10^-2Pa；离子源放电电压设定为3kV～4kV，对工件表面进行活化处理，处理时间为10min～30min；

上述步骤2)中对工件加100～300V的偏压；打开Ti电弧源，调节放电电流为50～60A，镀Ti过渡层，镀膜时间为2～10min；

上述步骤3)中向真空室内通入N₂和Ar混和气体，使真空度稳定在1×10^-1Pa～5×10^-1Pa；打开离子源，设定放电电压为300V～600V；打开石墨电弧源，设定放电频率为2Hz～10Hz，工作脉冲次数为1万～2万。

有益效果

本发明采用电弧离子镀技术制备的CN薄膜硬度大于30GPa；CN薄膜中的N元素含量可控，易于实现CN薄膜性能优化；采用电弧离子镀技术可以在复杂曲面工件表面镀CN薄膜。

具体实施方式

实施例1

1)离子束活化：向真空室内通入Ar气，使真空度保持在4×10^-2Pa；离子源放电电压为3.8kV，对工件表面进行活化处理，处理时间为15min；

2)镀过渡层：对工件加100V的偏压；打开Ti电弧源，调节放电流为50A，镀Ti过渡层，镀膜时间为5min；

3)镀CN薄膜：向真空室内通入N₂和Ar混和气体，使真空度稳定在1×10^-1Pa；打开离子源，设定放电电压为300V；打开石墨电弧源，设定放电频率为3Hz，工作脉冲次数为1万；最后得到薄膜总厚度约为1.5μm。

实施例2

1)离子束活化：向真空室内通入Ar气，使真空度保持在5×10^-2Pa；离子源放电电压设定为3.4kV，对工件表面进行活化处理，处理时间为20min；

2)镀过渡层：对工件加300V的偏压；打开Ti电弧源，调节放电流为55A，镀Ti过渡层，镀膜时间为4min；

3)镀CN薄膜：向真空室内通入N₂和Ar混和气体，使真空度稳定在5×10^-1Pa；打开离子源，设定放电电压为500V；打开石墨电弧源，设定放电频率为5Hz工作脉冲次数为2万；最后得到薄膜总厚度约为3.0μm。

实施例3