[发明专利]一种多元硬质膜及其制备工艺

说明书

本发明属于硬质膜产品技术领域，具体多元硬质膜及其制备工艺，该多元硬质膜的制备工艺的具体步骤是：选用不锈钢基片；对不锈钢基片表面进行轰击处理；溅射沉积第一膜层Cr层；溅射生成第二膜层CrN层；生成第三膜层CrSiN层；生成第四膜层CrSiCN层。该多元硬质膜的制备工艺有效的结合了磁控溅射和等离子体辅助化学气相沉积工艺，从而极大的改善和提高硬质膜结合力和硬膜性能。此外，制备的硬质膜为Cr/CrN/CrSiN/CrSiCN的多元结构，Si硅元素的掺杂采用的是具有一定饱和蒸气压的有机硅的前驱体，在等离子体辉光放电作用下发生裂解反应，实现Si硅元素在硬质膜中的等离子体辅助化学气相沉积工艺的制备和多元硬质膜中的掺杂，有效的提高多元硬质膜结构的结合力和硬质膜的硬度。

技术领域

本发明涉及真空镀膜技术领域，具体涉及结合真空磁控溅射工艺和等离子体辅助化学气相沉积工艺，制备一种掺杂有硅元素的多元硬质膜结构和工艺。

背景技术

目前，在真空镀膜工艺及应用中，CrN薄膜由于其高硬度、耐高温、耐磨性、抗氧化等优越性能，而被广泛应用的硬质薄膜，其主要应用在以下产品领域：

(1)在工具钻头表面，通过CrN薄膜的表面涂层改性可以有效的提高其表面硬度，最终实现钻头的使用寿命的提高；

(2)在汽车发动机领域应用方面，发动机活塞在高温高压的环境下工作，极易对活塞的表面造成损坏，而通过活塞环表层的CrN表面硬质涂层的改性，其显微硬度可满足发动机活塞环表面涂层的要求，将多靶反应磁控溅射与阳极层流型矩形气体离子源辅助技术相结合,在WC硬质合金和微型钻头上分别沉积Cr/CrN/CrTiAlN/CrTiAlCN多层多元硬质膜，能显著的提高CrN薄膜的硬度，提高钻头的使用周期。

通常，硬质氮化铬薄膜常用PVD制得，如DC直流磁控溅射、中频磁控溅射、高功率脉冲磁控溅射、热阴极弧镀或离子弧镀等。从工业角度考虑，热阴极弧镀或离子弧镀技术因具离化率高、生长速率快、膜基结合力好、生产成本低等优势被广泛使用。而硬质膜中的硅元素掺杂，能够在一定程度上提高硬质膜的硬度，磁控溅射中采用的是在氮化铬薄膜的溅射过程中同时溅射硅靶，多组靶材共溅射形成掺杂有硅元素的多元硬质膜在基材表面沉积，而且采用磁控溅射所制备的膜层之间范德华力作用，结合力存在一定不足，并且磁控溅射硅靶受工艺参数的影响，难以控制所掺杂硅元素的含量和工艺的重复性。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种多元硬质膜及其制备工艺，该多元硬质膜的制备工艺有效的结合了磁控溅射和等离子体辅助化学气相沉积工艺，从而极大的改善和提高硬质膜结合力和硬膜性能。

为了达到上述技术目的，本发明是按以下技术方案予以实现的：

本发明所述的一种多元硬质膜的制备工艺，其具体步骤是：

(1)选用不锈钢基片；

(2)在镀膜室内采用柱弧镀的方式对不锈钢基片表面进行轰击处理；

(3)溅射沉积第一膜层Cr层：采用Ar在中频电源的作用下离化轰击Cr靶表面，溅射沉积Cr层；

(4)溅射生成第二膜层CrN层：向镀膜室内输入Ar和N₂离化溅射气体，在中频电源的作用下，溅射Cr靶表面，生成CrN层；

(5)生成第三膜层CrSiN层：向镀膜室继续输入Ar和N₂离化溅射气体，在中频电源的作用下，溅射Cr靶的同时通过液体质量流量计通入有机硅前驱体，在中频电源的辉光作用下，有机硅单体同时进行裂解，所生产的硅元素与溅射的Cr，离化的N₂，共同作用生成CrSiN层；

(6)生成第四膜层CrSiCN层：加入C₂H₂乙炔反应气体，在中频电源的作用下，实现C2H2、有机硅前驱体的裂解和Cr靶的溅射，生成CrSiCN层。