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专利号: 2016102940330
申请人: 辽宁科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 对金属材料的镀覆;用金属材料对材料的镀覆;表面化学处理;金属材料的扩散处理;真空蒸发法、溅射法、离子注入法或化学气相沉积法的一般镀覆;金属材料腐蚀或积垢的一般抑制〔2〕
更新日期:2024-01-05
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摘要:

权利要求书:

1.一种利用磁控溅射法在铝合金表面制备TiN或CrN膜的方法,其特征在于,具体步骤如下:(1).裁剪镀膜前样品:按所需规格裁剪铝合金基体;

(2).溅射前预处理:镀膜前样品进行清洗,分为外部清洗和内部清洗两个步骤;

1)外部清洗具体步骤为:将铝合金基体置入无水乙醇中,用超声波清洗15~20分钟,再将铝合金基体置入去离子水中,用超声波清洗20~25分钟,最后取出铝合金基体,迅速吹干;

2)内部清洗具体步骤为:将铝合金基体挂入等离子体增强平衡磁控溅射设备腔体中,腔体抽真空后,先对铝合金基体进行预热10~15分钟,之后向真空室内通入氩气,氩气流量为大于200sccm,腔体压强控制在0.5~1.0Pa,控制钨灯丝电流为10~30A并加50~150V的脉冲偏压,脉冲电源功率为100~300W、频率为60KHz,产生增强等离子体,对工件进行等离子体清洗,清洗时间控制在20~25分钟左右;

(3).在等离子体增强平衡磁控溅射设备真空室内四壁分别设矩形金属靶,金属靶材为Ti或Cr;

(4).镀薄膜:

1)镀TiN薄膜具体步骤如下:

①铝合金基体经清洗后,降低氩气流量至150~180sccm,调节腔体压强为0.2~1.0Pa,开启磁控靶电源,在2~4A靶电流下预热靶材10~15分钟;

②预热后调整靶电流至4~6A,对靶材进行20~25分钟预溅射;

③预溅射后调节靶功率为1~5KW,频率为60KHz,镀膜1~10分钟,在铝合金基体表面沉积Ti原子,形成一层Ti原子过渡层;

④开启氮气流量至5~15sccm,继续镀膜15~60分钟;

⑤调整氩气和氮气流量,使氩气流量/氮气流量(FAr/FN2)为1~5,靶电流为4~6A,腔体压强为0.4~0.6Pa,基体偏压为-80~-100V,继续镀膜4~9小时,铝合金基体表面沉积出TiN薄膜;

2)镀CrN薄膜具体步骤如下:

①铝合金基体经清洗后,降低氩气流量至150~180sccm,调节腔体压强为0.2~1.0Pa,开启磁控靶电源,在2~4A靶电流下预热靶材10~15分钟;

②预热后调整靶电流至4~6A,对靶材进行20~25分钟预溅射;

③预溅射后调节靶功率为1~5KW,频率为60KHz,镀膜1~10分钟,在铝合金基体表面沉积Cr原子,形成一层Cr原子过渡层;

④开启氮气流量至5~15sccm,继续镀膜15~60分钟;

⑤调整氩气和氮气流量,使氩气流量/氮气流量(FAr/FN2)为0.5~1.5,靶电流为4~5A,腔体压强为0.4~0.6Pa,基体偏压为-80~-100V,继续镀膜4~9小时,铝合金基体表面沉积出CrN薄膜。

2.根据权利要求1所述的一种利用磁控溅射法在铝合金表面制备TiN或CrN膜的方法,其特征在于,所述的步骤4中,优选地,镀TiN薄膜具体步骤如下:①铝合金基体经清洗后,降低氩气流量至150sccm,调节腔体压强为0.2~1.0Pa,开启磁控靶电源,在2A靶电流下预热靶材10分钟;

②预热后调整靶电流至4A,对靶材进行20分钟预溅射;

③预溅射后调节靶功率为1~5KW,频率为60KHz,镀膜1~10分钟,在铝合金基体表面沉积Ti原子,形成一层Ti原子过渡层;

④开启氮气流量至5~15sccm,继续镀膜15~60分钟;

⑤调整氩气和氮气流量,使氩气流量/氮气流量(FAr/FN2)为3.13,靶电流为4A,腔体压强为0.4Pa,基体偏压为-80V,继续镀膜6小时,铝合金基体表面沉积出TiN薄膜。

3.根据权利要求1所述的一种利用磁控溅射法在铝合金表面制备TiN或CrN膜的方法,其特征在于,所述的步骤4中,优选地,镀CrN薄膜具体步骤如下:①铝合金基体经清洗后,降低氩气流量至150sccm,调节腔体压强为0.2~1.0Pa,开启磁控靶电源,在2A靶电流下预热靶材10分钟;

②预热后调整靶电流至5A,对靶材进行20分钟预溅射;

③预溅射后调节靶功率为1~5KW,频率为60KHz,镀膜1~10分钟,在铝合金基体表面沉积Cr原子,形成一层Cr原子过渡层;

④开启氮气流量至5~15sccm,继续镀膜15~60分钟;

⑤调整氩气和氮气流量,使氩气流量/氮气流量(FAr/FN2)为1.07,靶电流为5A,腔体压强为0.4Pa,基体偏压为-80V,继续镀膜6小时,铝合金基体表面沉积出CrN薄膜。

4.根据权利要求1所述的一种利用磁控溅射法在铝合金表面制备TiN或CrN膜的方法,其特征在于,所述的氩气及氮气纯度为99.99%。