[发明专利]一种Nb/NbN多层耐蚀导电薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Nb/NbN多层耐蚀导电薄膜及其制备方法，包括交替沉积在基体上的Nb层与NbN层，靠近基体的为Nb层，最外层为NbN层，所述Nb层与NbN层的交界处的界面相为六方结构的Nb₂N相，所述Nb层与NbN层交替沉积至少10次。本发明采用Nb/NbN多层薄膜，近基体层为金属Nb层，可以与基体良好结合，保证了薄膜与基体良好的结合力；薄膜多层结构有效的阻碍了腐蚀介质进入薄膜内部的通路，且薄膜主要组成相NbN、Nb₂N及Nb相均为耐腐蚀相，提高薄膜的耐腐蚀性能；利用金属Nb的导电性提高了薄膜的导电性，根据工艺条件制备出的多层薄膜，避免了因为层数过多使本体电阻增加的影响，保证了薄膜导电性不受影响；利用多弧离子镀技术沉积多层薄膜，提高了工作效率，工艺简单易行，有利于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种多弧离子镀制备的硬质薄膜，尤其涉及的是一种Nb/NbN多层耐蚀导电薄膜及其制备方法。

背景技术

多弧离子镀作为物理气相沉积(PVD)技术的一种，有着离化率高、成膜速度快的特点，可以获得膜基结合力出色、质地均匀的硬质薄膜，相比较于磁控溅射，更有利于大规模工业化生产，节约成本，是现今被广泛使用的表面强化手段之一。

过渡金属氮化物硬质薄膜已经有很长的发展历史，因为其高硬度、高抗摩擦能力、出色的高温稳定性及良好的化学稳定性等特点被广泛应用于机械制造、刀具切削、海洋腐蚀等各个领域，其中又以TiN、CrN及以此为基础的多元薄膜最为常见。

相较于普通的单层硬质薄膜，具有多层结构的硬质薄膜往往因其结构的复合作用体现出更加优越的性能。吴博等人通过电弧离子镀在不锈钢双极板表面分别制备了CrN单层膜、Cr/CrN双层膜及Cr/CrN/Cr三明治结构膜，比较了其耐蚀性与导电性，发现三明治结构的薄膜在各项性能上均有优势。由此，制备多层硬质是提高薄膜耐蚀性和导电性一种有效的方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种Nb/NbN多层耐蚀导电薄膜及其制备方法，利用多层结构提高了薄膜的耐腐蚀性能和导电性。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括交替沉积在基体上的Nb层与NbN层，靠近基体的为Nb层，最外层为NbN层，所述Nb层与NbN层的交界处的界面相为六方结构的Nb₂N相，所述Nb层与NbN层交替沉积至少10次。

作为本发明的优选方式之一，所述Nb层与NbN层交替沉积10～20次。交替沉积次数过小会因薄膜过薄影响耐蚀性；交替沉积次数过多则因内应力增大及本体电阻增加影响膜基结合力及导电性。

所述薄膜的厚度为1.2～1.8μm。薄膜的厚度能够确保导电性能和耐蚀性。

作为本发明的优选方式之一，所述薄膜中每个Nb层的厚度为50.5～78.5nm，每个NbN层的厚度为39.5～61.5nm。

作为本发明的优选方式之一，所述薄膜中按照原子数百分比计，包括Nb50～65％，N35～50％。

一种Nb/NbN多层耐蚀导电薄膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将基体超声波清洗后放入真空室，再对基体进行氩离子轰击清洗，；

(2)打开金属Nb靶，沉积Nb层，沉积时间为8～10min，完成单个Nb层的沉积；

(3)保持基体温度、偏压、气体分压、转架速度不变，Ar气流量减至15～25sccm，加充氮气流量为280～300sccm，沉积NbN层，沉积时间为7～9min，完成单个NbN层的沉积；

(4)重复步骤(2)和步骤(3)，在基材上交替沉积上Nb层与NbN层。