[发明专利]碳化铪薄膜的制备方法、以及包括该碳化铪薄膜的模具

说明书

本发明公开了一种碳化铪薄膜的制备方法，包括：将基片放入磁控溅射设备真空室内的工作架上，向真空室内通入氩气和乙炔的混合气体；设置真空室的工作参数，其中：溅射压强为0.6Pa，溅射电流为30A，偏压为‑120～‑60V，乙炔气体流量为50～200sccm，沉积时间为1～2h，且基片不加热；以金属铪为溅射靶，在所述基片表面沉积碳化铪薄膜。以及一种模具，包括：模具本体和硬质合金薄膜，所述硬质合金薄膜为上述碳化铪薄膜。本发明优化了碳化铪薄膜的制备工艺，增强了碳化铪薄膜的纯度以及性能的优异性，使得由该碳化铪薄膜制备出的模具拥有更好的耐高温和耐磨性能，适用于硬质合金薄膜的制备领域。

技术领域

本发明属于硬质合金薄膜制备的技术领域，具体涉及一种碳化铪薄膜的制备方法、以及包括该碳化铪薄膜的模具。

背景技术

压铸模具是将高压进入模具型腔的液态金属成型的一种模具。在压铸工艺中，压铸模具在高压、温升高、交变热应力、冲刷和剧烈摩擦工况下，常出现龟裂和磨损现象，使得其发生失效，从而影响生产效率、增加生产成本。

碳化铪薄膜具有较高的硬度和较低的热导率，以及良好的耐磨性能和优异的耐蚀性能，这些优异性能使碳化铪薄膜具有适合高温环境下使用的潜力。目前生产上常用的涂层制备方法主要有物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)两种。化学气相沉积(CVD)的沉积温度比较高，对模具的组织结构影响很大，而且较高的温度会导致涂层与基体之间形成一层脆性的脱碳层，使得膜基结合力降低。而物理气相沉积(PVD)的反应温度比较低，涂层孔隙率低、均匀性好，因此近几年得到快速推广，尤其与氮化复合一起作为热作模具的强化方式，可以显著提高模具的寿命。

而磁控溅射技术作为物理气相沉积(PVD)的一种，制备出来的碳化铪涂层对于模具来说具备较高的尺寸精度及表面质量。常规的磁控溅射镀膜通常将欲沉积的材料制成板材靶，固定在阴极上，基片置于正对靶面的阳极上。然后用高能粒子(如Ar+)轰击靶材表面使固体表面的粒子获得能量并逸出表面，沉积在基片上。但是碳化铪靶材制备过程比较复杂，碳化铪通常采用氧化铪与碳在惰性或还原性气氛中合成，反应温度高达2100℃，然后再采用热压烧结法或者等静压法制备出高密度陶瓷制品，所以在碳化铪的制备过程中通常会出现氧化铪还原不充分或者压制靶材过程中又吸氧的现象，使得沉积的薄膜材料不纯。

此外，在针对采用反应磁控溅射技术沉积碳化铪薄膜的研究中，现有技术对于乙炔分压对碳化铪薄膜成份、力学性能的影响有所研究。而对于偏压、沉积时间这两个参数的变化所引起的碳化铪薄膜物相结构、薄膜厚度以及显微硬度的改变却缺乏研究，降低了碳化铪薄膜及其制备工艺的优异性。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种优化了碳化铪薄膜的制备工艺，增强了碳化铪薄膜的纯度以及性能的优异性，使得由该碳化铪薄膜制备出的模具拥有更好的耐高温和耐磨性能的碳化铪薄膜的制备方法、以及包括该碳化铪薄膜的模具。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：碳化铪薄膜的制备方法，包括：将基片放入磁控溅射设备真空室内的工作架上，向真空室内通入氩气和乙炔的混合气体；设置真空室的工作参数，其中：溅射压强为0.6Pa，溅射电流为30A，偏压为-120～-60V，乙炔气体流量为50～200sccm，沉积时间为1～2h，且基片不加热；以金属铪为溅射靶，在所述基片表面沉积碳化铪薄膜。

优选地，设置真空室的工作参数时，偏压为-120V，乙炔气体流量为50sccm，沉积时间为2h。

优选地，在所述基片表面沉积碳化铪薄膜之前，先在所述基片上沉积一层金属铪。

优选地，在所述基片上沉积的金属铪层的厚度为100nm。

优选地，向真空室内通入的氩气、乙炔的纯度分别为99.999％、99.9％。

优选地，金属铪靶的纯度为99.9％，且由中频直流电源控制。