[发明专利]一种PVD涂层用离子刻蚀清洗工艺

说明书

本发明涉及一种PVD涂层生产制造过程中的等离子刻蚀清洗工艺，该工艺主要采用惰性和非惰性气体不同组合混合作为反应气体，产生的等离子体可同时达到物理离子清洗和化学离子清洗的作用，既可以去除工件表面吸附的氧化物、油脂、微颗粒物等残留，还可以去除工件表面的金属性氧化物，活化工件表面能，生产效率较高，最终可提高PVD涂层与工件基体的结合力，同时使得涂层更加均匀，改善PVD涂层的各项性能，增加工件使用寿命，适宜进一步推广应用。

技术领域

本发明涉及PVD涂层生产工艺领域，特别是一种涉及到PVD涂层生产制造过程中的等离子刻蚀清洗工艺。

背景技术

PVD涂层技术出现于20世纪70年代末，由于其工艺的处理温度较低，可以控制在500℃以下，不会影响一些工件材料的基体硬度，因此可以作为高速钢和硬质合金材料刀具、模具的最终处理工艺。在不影响工件原有尺寸的情况下，PVD涂层可以用来改善工件的表面外观，提高工件的表面硬度及增加耐磨性，而且PVD涂层具有很好的导热、防腐蚀和抗氧化性能。所以该技术自上世纪八十年代以来得到了迅速推广，至80年代末，工业发达国家的高速钢刀具PVD涂层已达到60％以上，而我国还处于20-30％阶段，进入21世纪，我国的PVD涂层发展迅速，到目前为止，我国处于平稳发展的阶段，主要制约PVD涂层发展水平的因素就是不适应涂层市场的变化、涂层设备差、对基础应用研究的不深入以及涂层质量的不稳定，其中PVD涂层质量的不稳定归根结底就是涂层与基体的结合力差，使得工件涂层后的使用寿命没有很大程度的改善。

近两年，为了改善PVD涂层与基体的结合力，很多专家对此进行研究。目前常见的打磨、喷砂等机械处理方法和磷化等化学处理方法，都可以通过提高工件的表面粗糙度和改善基体的表面状态来提高基体与涂层间的结合强度。同时，有些学者通过研究涂层厚度、基体材料以及涂层晶粒结构取向对涂层结合力的影响，研究发现，涂层的晶粒取向与基体材料相近的时候，涂层结合力较好。另外，涂层厚度保持在2-5μm范围内的涂层结合力也较好。此外，学者研究还发现，在涂层间采用过渡层的方法可以降低涂层与基体间的内应力，从一定程度上提高涂层的结合力。

进入21世纪，有研究发现经过等离子刻蚀清洗后可以改善涂层的结合力，由于经过该技术清洗过后不需要干燥即可进入PVD涂层操作，节省时间，提高效率，整个刻蚀清洗流程只需10-20min，而且等离子刻蚀清洗条件很容易达到，只需要控制真空度保持在一定范围内就可以，这使得等离子刻蚀清洗的成本低于其它清洗方法。专利201510015662.0公开了一种高硅超硬PVD涂层制备工艺，该工艺包括：工件表面预处理、装夹及载入工件、炉腔抽真空、工件加热、靶材及工件刻蚀清洗、高硅涂层的制备和工件冷却步骤。该工艺存在的问题是：其刻蚀清洗属于物理清洗，不能去除原材料层表面具有化学结合力的物质，因此该工艺不能完全将原材料表面清洗。从而，开发一种生产效率较高，可将原材料表面彻底清洗的PVD涂层用离子刻蚀清洗工艺是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：为克服上述背景技术中提到的技术问题，提供一种生产效率较高，可将原材料表面彻底清洗的PVD涂层用离子刻蚀清洗工艺，该工艺可去除工件表面的氧化皮等残留物，改善工件的表面状态，提高PVD涂层与基体的结合力，从而保证PVD涂层的质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种PVD涂层用离子刻蚀清洗工艺，该工艺包括如下步骤：

a)将需要进行PVD涂层和刻蚀清洗的工件装夹在台车上，推进反应炉室后抽真空；

b)待反应炉室内真空度达到一定条件(5×10^-2-1.5×10^-3mbar)后，开始加热，加热到400～480℃范围内；

c)待反应炉室内温度达到条件后，通入反应气体，控制气体流量和时间，调整偏压电源参数、金属靶材和蒸发源电源参数，产生等离子体，对工件基体进行离子刻蚀清洗，待离子刻蚀清洗完成后可以进行PVD涂层处理；