[发明专利]一种Ti-Mo-N多元薄膜的制备及热处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种材料表面涂层的制备方法，尤其是一种高性能Ti-Mo-N多元薄膜的制备及热处理方法。

背景技术

Ti-N二元薄膜具有高的硬度、耐磨性以及优异的耐腐性，因而被广泛用于在刀具、模具材料等表面制备薄膜涂层以提高。然而随着现代工业的快速发展，对材料性能提出了越来越高的要求，迫切要求在硬度、耐磨性、耐腐蚀性、高温抗氧化性等各个方面改善TiN的使用性能。

现今被普遍使用的方法主要是在TiN薄膜中掺杂第三、第四种元素或者对通过对薄膜实施热处理从而改变薄膜的硬度等性能。然而由于可供选择的掺杂元素种类较多，而实施热处理的工艺步骤参数也千差万别，因此选择一种较好的TiN薄膜的掺杂元素，并找到与之相应的一种合适的TiN薄膜的热处理方法，对于提高TiN薄膜的性能以及拓展薄膜的使用范围和使用条件具有重要的意义和实际的应用价值。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的即在于为TiN薄膜选择合适的掺杂元素以制备多元薄膜，并优化多元薄膜的制备工艺参数，以及薄膜的热处理工艺参数，从而获得一种高性能薄膜的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

首先，以Ti、Mo、N为薄膜的基本组成元素，采用磁控溅射的方法制备Ti-Mo-N三元薄膜。

具体而言是，先将基体材料表面抛光，并分别用氢氟酸、丙酮、酒精和去离子水等在超声波清洗器中各清洗约10min后烘干备用；

随后，将基体材料置于磁控溅射设备真空室内的样品台上，并将纯Ti靶和Ti₅₀Mo₅₀合金靶分别置于不同的阴极靶位；

随后将真空室内真空度抽到≤5×10^-4Pa，同时通入流量为8-10sccm的Ar，当真空室气压为2-4Pa时，预溅射2-3min，预溅射的功率为50-70W，以进一步清洗基体材料的成膜表面；

随后维持Ar的流量为8-10sccm，控制基体材料温度为40-50℃，当真空室气压为1-1.5Pa时，向基体材料施加100-150V的负偏压，同时移开纯Ti靶的挡板，以50-70W的功率进行溅射，溅射时间为5-10min，以形成一层纯Ti薄膜；

随后开始通入流量为0.3-0.6sccm的N₂，并维持Ar的流量为8-10sccm、真空室气压为1-1.5Pa、基体材料的负偏压为100-150V、基体材料的温度为40-50℃，以50-70W的功率进行溅射，溅射时间为15-25min，以形成一层Ti-N二元薄膜；

随后维持Ar的流量为8-10sccm、N₂的流量为0.3-0.6sccm、真空室气压为1-1.5Pa、基体材料的负偏压为100-150V，升高基体材料的温度为80-100℃，同时关闭纯Ti靶的挡板并移开Ti₅₀Mo₅₀合金靶的挡板，以50-70W的功率进行溅射，溅射时间为80-100min，以形成Ti-Mo-N三元薄膜。

溅射成膜后，在Ar氛围下对薄膜进行热处理，处理温度为800-900℃，处理时间为40-50min，随后缓冷到室温。

本发明的优点是：在基体表面形成了多层不同性质的Ti-Mo-N多元薄膜，既获得了与基体良好的结合性能，又具有优异的硬度、耐磨性、耐蚀性及高温抗氧化性。

具体实施方式

下面，通过具体的实施例对本发明进行详细说明。

一种高性能Ti-Mo-N多元薄膜的制备及热处理方法，其包括以下制备步骤：

其是以Ti、Mo、N为薄膜的基本组成元素，采用磁控溅射的方法制备Ti-Mo-N三元薄膜；

选用W6Mo5Cr4V2高速钢作为基体材料，先将基体材料表面抛光，并分别用氢氟酸、丙酮、酒精和去离子水等在超声波清洗器中各清洗约10min后烘干备用；

随后，将基体材料置于磁控溅射设备真空室内的样品台上，并将纯Ti靶和Ti₅₀Mo₅₀合金靶分别置于不同的阴极靶位；

随后将真空室内真空度抽到≤5×10^-4Pa，同时通入流量为9sccm的Ar，当真空室气压为3Pa时，预溅射2min，预溅射的功率为60W，以进一步清洗基体材料的成膜表面；