[发明专利]一种用于刀具涂层沉积的多功能全自动离子镀膜机及其使用方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜材料技术领域，尤其涉及一种用于刀具涂层沉积的多功能全自动离子镀膜机及其使用方法。

背景技术

表面涂层技术已经成为切削刀具领域的一项关键技术,对刀具性能的改善以及加工技术的进步起到了至关重要的作用。刀具表面涂层的沉积方法主要包括化学气相沉积（CVD）和物理气相沉积（PVD）。CVD技术生长涂层的温度较高，并且该方法对环境有污染。一般情况下,CVD技术需要温度超过800℃以促使纳米晶粒的生长，但过高的沉积温度会引起基材的变形和开裂、晶体晶粒长大、尺寸精度下降等问题。PVD技术主要包括磁控溅射、阴极弧离子镀、离子束辅助沉积。磁控溅射沉积温度低,制备的涂层表面光滑，比CVD生长的涂层更能有效地阻止横向裂纹的扩展，同时降低摩擦系数，但磁控溅射技术存在气体离化率及靶材利用率低的问题。多弧离子镀可以获得接近90%的离化率和较快的沉积速率，入射粒子能量高，沉积膜的质量和膜机结合力好，并能够蒸发高熔点的难熔材料；但电弧放电会飞溅出微米级液滴从而导致膜层粗糙度增加。同时，气体离子源的使用越来越受到较多的关注。气体离子源具有方向性，在其表面高密度所体的等离子体可以作为离子轰击工件清洗使用，也可以作为反应气体的离化源，作辅助沉积使用。

发明内容

本发明的目的在于克服以上缺陷，提出一种用于刀具涂层沉积的多功能全自动离子镀膜机，该装置具有镀膜速度快、气体离化率高、绕射性好、可实现精确气体控制的特点。

本发明的另一个目的在于提出一种用于刀具涂层沉积的多功能全自动离子镀膜机的使用方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于刀具涂层沉积的多功能全自动离子镀膜机，包括真空室、双极脉冲磁控溅射靶、矩形的阳极层气体离子源、高功率脉冲磁控溅射源、偏压电源、阴极电弧源、工件架和支座；

所述真空室为密封结构，其上开设有抽气口，所述双极脉冲磁控溅射靶、阳极层气体离子源、高功率脉冲磁控溅射源、阴极电弧源和工件架固定在所述真空室内，所述支座与所述工件架连接；

所述工件架为导电材质，与所述旋转支架连接，位于所述双极脉冲磁控溅射靶、阳极层气体离子源、高功率脉冲磁控溅射源和阴极电弧源之间；所述工件架与所述真空室绝缘，所述真空室接地，所述偏压电源的阳极连接真空室，阴极连接所述工件架；

所述双极脉冲磁控溅射靶、阳极层气体离子源、高功率脉冲磁控溅射源、偏压电源和阴极电弧源分别通过五组单独的开关控制。

进一步，所述真空室内设有四个所述阴极电弧源。

进一步，所述阴极电弧源电源使用真空电弧直流逆变电源，设有气动自动引弧系统，手动引弧装置和实时在线监测装置。

进一步，所述真空室内设有一个高功率脉冲磁控溅射源，其采用非平衡磁场布置，单向柱状或者平板靶可调。

进一步，真空室内设有两块单向非平衡柱状所述双极脉冲磁控溅射靶，所述双极脉冲磁控溅射靶与所述真空室绝缘，两块所述双极脉冲磁控溅射靶采用孪生对靶设计，互为阴阳极；该孪生对靶采用非平衡磁场布置，单向柱状或者平板靶可调。

进一步，所述阳极层气体离子源的阴极与所述真空室连接，其阳极与所述真空室绝缘。

进一步，所述真空室内还设有高温加热装置。

进一步，所述工件架设有工件的公转机构和自转机构。

进一步，所述真空室采用闭循环气体控制系统。

使用上述用于刀具涂层沉积的多功能全自动离子镀膜机的方法，步骤包括：

将硬质合金刀具清洗干净，装夹在工件架上，开始抽真空，当真空度高于5×10^-3Pa时，开始加热除气，温度控制在300-600℃，工件架保持6-10rpm的转速；

当真空度2^-5×10^-3Pa时，通入Ar气，打开所述偏压电源，对工件进行辉光清洗，真空保持在0.1^-2Pa,偏压为500-1000V，占空比60-80%，辉光时间10-30分钟；

辉光清洗结束后，真空调节为2×10^-1Pa，打开所述阴极电弧源的Cr靶,对刀具基体轰击5-30分钟约50-300纳米厚的Cr过渡层，偏压保持在-400-1000V，占空比30-80%；

在轰击完毕后，偏压降到-50-200V,占空比10-80%，断掉Ar气，通入N₂气真空调节到1.0-3.0Pa，开始沉积CrN过渡层，沉积5-30分钟约50-300纳米；